Misión de JPL rompe récord del satélite más pequeño para detectar un exoplaneta.


El exoplaneta súper-Tierra 55 Cancri e, representado con su estrella en esta ilustración, probablemente tenga una atmósfera más espesa que la Tierra pero con ingredientes que podrían ser similares a los de la atmósfera de la Tierra. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Del tamaño de un maletín, el CubeSat fue construido para probar nuevas tecnologías, pero superó las expectativas al detectar un planeta fuera de nuestro Sistema Solar.

Mucho antes de que se desplegara en la órbita terrestre baja desde la Estación Espacial Internacional en noviembre de 2017, la pequeña nave espacial ASTERIA tenía un gran objetivo: demostrar que un satélite del tamaño aproximado de un maletín podía realizar algunas de las complejas tareas en un espacio mucho más grande Los observatorios se utilizan para estudiar exoplanetas o planetas fuera de nuestro Sistema Solar. Un nuevo artículo que pronto se publicará en el Astronomical Journal describe cómo ASTERIA (abreviatura de Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) no solo demostró que podía realizar esas tareas, sino que fue más allá, detectando el conocido exoplaneta 55 Cancri e.

Con un calor abrasador y aproximadamente el doble del tamaño de la Tierra, 55 Cancri e orbita extremadamente cerca de su estrella madre parecida al Sol. Los científicos ya sabían la ubicación del planeta; buscarlo era una forma de probar las capacidades de ASTERIA. La pequeña nave espacial no fue diseñada inicialmente para realizar ciencia; más bien, como demostración de tecnología, el objetivo de la misión era desarrollar nuevas capacidades para futuras misiones. El salto tecnológico del equipo fue construir una pequeña nave espacial que pudiera conducir un control preciso de puntería, esencialmente la capacidad de mantenerse enfocado constantemente en un objeto durante largos períodos.

Basado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, el equipo de la misión diseñó nuevos instrumentos y hardware, superando las barreras tecnológicas existentes para crear su carga útil. Luego tuvieron que probar su prototipo en el espacio. Aunque su misión principal fue de solo 90 días, ASTERIA recibió tres extensiones de misión antes de que el equipo perdiera contacto con ella el diciembre pasado.

El CubeSat utilizó un control de puntería fino para detectar 55 Cancri e mediante el método de tránsito, en el que los científicos buscan caídas en el brillo de una estrella causadas por un planeta que pasa. Al realizar detecciones de exoplanetas de esta manera, los movimientos o vibraciones de una nave espacial pueden producir sacudidas en los datos que podrían malinterpretarse como cambios en el brillo de la estrella. La nave espacial necesita mantenerse estable y mantener la estrella centrada en su campo de visión. Esto permite a los científicos medir con precisión el brillo de la estrella e identificar los pequeños cambios que indican que el planeta ha pasado frente a ella, bloqueando parte de su luz.

ASTERIA sigue los pasos de un pequeño satélite volado por la Agencia Espacial Canadiense llamado MOST (Microvariability and Oscillations of Stars), que en 2011 realizó la primera detección de tránsito de 55 Cancri e. MOST era aproximadamente seis veces el volumen de ASTERIA, todavía increíblemente pequeño para un satélite de astrofísica. Equipado con un telescopio de 15 centímetros, MOST también fue capaz de recoger seis veces más luz que ASTERIA, que llevaba un telescopio de 6 centímetros. Debido a que 55 Cancri e bloquea solo el 0.04% de la luz de su estrella anfitriona, fue un objetivo especialmente desafiante para ASTERIA.

“Detectar este exoplaneta es emocionante, porque muestra cómo estas nuevas tecnologías se unen en una aplicación real”, dijo Vanessa Bailey, investigadora principal del equipo científico de exoplanetas de ASTERIA en JPL. “El hecho de que ASTERIA duró más de 20 meses más allá de su misión principal, dándonos un tiempo adicional valioso para hacer ciencia, destaca la gran ingeniería que se realizó en JPL y MIT”.

Gran hazaña

La misión hizo lo que se conoce como detección marginal, lo que significa que los datos del tránsito no habrían, por sí solos, convencido a los científicos de que el planeta existía. (Las señales débiles que parecen similares al tránsito de un planeta pueden ser causadas por otros fenómenos, por lo que los científicos tienen un alto estándar para declarar la detección de un planeta). Pero al comparar los datos del CubeSat con observaciones previas del planeta, el equipo confirmó que realmente estaban viendo 55 Cancri e. Como demostración técnica, ASTERIA tampoco se sometió a los preparativos típicos de prelanzamiento para una misión científica, lo que significaba que el equipo tendría que hacer un trabajo adicional para garantizar la precisión de su detección.

“Perseguimos un objetivo duro con un pequeño telescopio que ni siquiera estaba optimizado para hacer detecciones científicas, y lo conseguimos, aunque sea apenas”, dijo Mary Knapp, científica del proyecto ASTERIA en el Observatorio Haystack del MIT y autora principal del estudio. . “Creo que este documento valida el concepto que motivó la misión ASTERIA: que las naves espaciales pequeñas pueden contribuir algo a la astrofísica y la astronomía”.

Si bien sería imposible agrupar todas las capacidades de una nave espacial más grande de caza de exoplanetas como el Satélite de Inspección de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA en un CubeSat, el equipo de ASTERIA prevé que estos paquetes pequeños desempeñen un papel de apoyo para ellos. Los satélites pequeños, con menos demandas de tiempo, podrían usarse para monitorear una estrella durante largos períodos con la esperanza de detectar un planeta sin descubrir. O, después de que un gran observatorio descubre un planeta en tránsito por su estrella, un pequeño satélite podría observar los tránsitos posteriores, liberando el telescopio más grande para hacer el trabajo que los satélites más pequeños no pueden.

La astrofísica Sara Seager, investigadora principal de ASTERIA en el MIT, recibió recientemente una beca de la NASA Astrophysics Science SmallSat Studies para desarrollar un concepto de misión para el seguimiento de ASTERIA. La propuesta describe una constelación de seis satélites aproximadamente dos veces más grandes que ASTERIA que buscarían exoplanetas de tamaño similar a la Tierra alrededor de estrellas cercanas similares al Sol.

Pensando en pequeño

Para construir el satélite de búsqueda de planetas más pequeño de la historia, el ASTERIA no era simplemente un hardware reducido en las naves espaciales más grandes. En muchos casos, tuvieron que adoptar un enfoque más innovador. Por ejemplo, el satélite MOST utilizó una cámara con un detector de dispositivo acoplado a carga (CCD), que es común para los satélites espaciales; ASTERIA, por otro lado, estaba equipado con un detector complementario de semiconductores de óxido de metal (CMOS), una tecnología bien establecida que generalmente se usa para realizar mediciones precisas de brillo en luz infrarroja, no en luz visible. La cámara de luz visible basada en CMOS de ASTERIA proporcionó múltiples ventajas sobre un CCD. Uno grande: ayudó a mantener ASTERIA pequeña porque funcionaba a temperatura ambiente, eliminando la necesidad del gran sistema de enfriamiento que requeriría un CCD de funcionamiento en frío.

“Esta misión se ha centrado principalmente en aprender”, dijo Akshata Krishnamurthy, co-investigadora y co-líder de análisis de datos científicos para ASTERIA en JPL. “Hemos descubierto tantas cosas que los futuros satélites pequeños podrán mejorar porque demostramos primero la tecnología y las capacidades. Creo que hemos abierto puertas”.

ASTERIA se desarrolló bajo el programa Phaeton de JPL, que proporcionó a los empleados de las primeras carreras, bajo la guía de mentores experimentados, los desafíos de un proyecto de vuelo. ASTERIA es una colaboración con MIT en Cambridge; Sara Seager del MIT es la investigadora principal del proyecto. Brice Demory de la Universidad de Berna también contribuyó al nuevo estudio. Las misiones extendidas del proyecto fueron parcialmente financiadas por la Fundación Heising-Simons. JPL es una división de Caltech en Pasadena, California.