La NASA desarrolla nuevos métodos para medir la masa de planetas que vagan por el espacio sin estrella a la que orbitar

A día de hoy se han encontrado miles de exoplanetas, la mayoría orbitando cerca de sus estrellas anfitrionas, pero son relativamente pocos los exoplanetas descubiertos que estén suspendidos libremente por la galaxia. Son los llamados planetas rebeldes, que no están ligados gravitacionalmente a ninguna estrella. Muchos astrónomos creen que estos planetas son más comunes de lo que creemos, pero que nuestras técnicas de búsqueda de planetas no han sido las adecuadas en la tarea de localizarlos.

La mayoría de los exoplanetas descubiertos hasta la fecha se detectaron debido a que producen ligeras caídas en la luz observada de sus estrellas anfitrionas, cuando se produce un tipo de “eclipse” al observar desde nuestra posición. Estos eventos se denominan tránsitos.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA realizará un sondeo para descubrir muchos más exoplanetas utilizando poderosas técnicas adecuadas para un telescopio de campo amplio. Las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se mueven y las alineaciones al azar pueden ayudarnos a encontrar planetas rebeldes. Cuando uno de estos planetas se alinea con precisión con una estrella distante, esto puede resultar en que se detecte que la estrella brille. Durante esos eventos, la gravedad del planeta actúa como una lente que magnifica brevemente la luz de la estrella de fondo. Si bien Roman puede encontrar planetas rebeldes a través de esta técnica, llamada microlente gravitacional, hay un inconveniente: la distancia al planeta que hace de lente es poco conocida.

Esta animación muestra el concepto de microlente gravitacional con un planeta rebelde, un planeta que no orbita a una estrella. Cuando el planeta rebelde parece pasar casi por delante de una estrella de fondo, los rayos de luz de la estrella se desvían debido a la deformación del espacio-tiempo causado por el planeta. Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA/CI Lab.

Un científico de Goddard, el Dr. Richard K. Barry, está desarrollando un concepto de misión llamado CLEoPATRA (Contemporaneous LEnsing Parallax and Autonomous TRansient Assay) para aprovechar los efectos de paralaje para calcular estas distancias. El paralaje es el cambio aparente en la posición de un objeto en primer plano visto por observadores en ubicaciones ligeramente diferentes. Nuestros cerebros aprovechan las vistas ligeramente diferentes de nuestros ojos para que podamos ver la profundidad. Los astrónomos del siglo XIX establecieron, por primera vez, las distancias a las estrellas cercanas utilizando el mismo efecto, midiendo cómo cambiaban sus posiciones en relación con las estrellas de fondo a través de fotografías tomadas cuando la Tierra estaba en lados opuestos de su órbita.

Funciona de forma un poco diferente con la microlente, donde la alineación aparente del planeta y la estrella de fondo distante depende en gran medida de la posición del observador. En este caso, dos observadores bien separados, cada uno equipado con un reloj preciso, presenciarían el mismo evento de microlente en momentos ligeramente diferentes. El retraso de tiempo entre las dos detecciones permite a los científicos determinar la distancia del planeta.

Para maximizar el efecto de paralaje, CLEoPATRA viajaría en una misión con destino a Marte que se lance aproximadamente al mismo tiempo que Roman, que está programado para finales de 2025. Eso lo colocaría en su propia órbita alrededor del Sol, que alcanzaría una distancia suficiente de la Tierra para medir de manera efectiva la señal de paralaje de microlente y completar esta información restante.

El concepto CLEoPATRA también respaldaría el PRIME (PRime-focus Infrared Microlensing Experiment), un telescopio terrestre que está equipado con una cámara que utiliza cuatro detectores desarrollados por la misión del Telescopio Espacial Roman. Las estimaciones de masa para los planetas de microlentes detectados tanto por Roman como por PRIME, mejorarán significativamente mediante las observaciones de paralaje simultáneas proporcionadas por CLEoPATRA.

“CLEoPATRA estaría a una gran distancia del observatorio principal, ya sea Roman o un telescopio en la Tierra”, dijo Barry. “La señal de paralaje debería permitirnos calcular masas bastante precisas de estos objetos, aumentando así el rendimiento científico”.

Stela Ishitani Silva, asistente de investigación en Goddard y estudiante de doctorado de la Universidad Católica de América, en Washington, dijo que obtener más información de estos planetas ayudará a llenar algunos de los vacíos en nuestro conocimiento sobre cómo se forman los planetas.

“Queremos encontrar múltiples planetas de este tipo y tratar de obtener información sobre sus masas, para que podamos entender qué es común o qué no lo es en absoluto”, dijo Ishitani Silva. “Obtener la masa es importante para comprender su desarrollo planetario”.

Para encontrar estos planetas de manera eficiente, CLEoPATRA, que completó un estudio del Mission Planning Laboratory en Wallops Flight Facility a principios de agosto, utilizará inteligencia artificial. El Dr. Greg Olmschenk, un investigador postdoctoral que trabaja con Barry, ha desarrollado una IA llamada RApid Machine learnEd Triage (RAMjET) para la misión.

“Trabajo con ciertos tipos de inteligencia artificial llamadas redes neuronales”, dijo Olmschenk. “Es un tipo de inteligencia artificial que aprenderá a través de ejemplos. Le das un montón de ejemplos de lo que deseas encontrar y lo que deseas que filtre, y aprenderá a reconocer patrones en esos datos para tratar de encontrar las cosas que desea conservar y desechar las cosas que no quieres”.

La IA reconocerá lo que necesita identificar y solo enviará información importante. Al filtrar esta información, RAMjET ayudará a CLEoPATRA a superar una velocidad de transmisión de datos extremadamente limitada. CLEoPATRA tendrá que observar millones de estrellas cada hora aproximadamente, y no hay forma de enviar todos esos datos a la Tierra. Por lo tanto, la nave espacial tendrá que analizar los datos a bordo y enviar solo las mediciones de las fuentes que detecte como eventos de microlentes.

“CLEoPATRA nos permitirá estimar muchas masas con alta precisión para nuevos planetas detectados por Roman y PRIME”, dijo Barry. “Y por primera vez, puede permitirnos capturar o estimar la masa real de un planeta de este tipo, que nunca antes se había hecho. Tan genial y tan emocionante. Realmente, es una nueva edad de oro para la astronomía en este momento y estoy muy emocionado al respecto”.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.