El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, aún en construcción, utilizará nuevas tecnologías para detectar planetas desde el espacio. La misión tiene como objetivo fotografiar planetas y discos de polvo alrededor de sus estrellas anfitrionas con un detalle hasta mil veces mejor que el que es posible con otros observatorios.
Roman utilizará su Coronagraph Instrument, un sistema de máscaras, prismas, detectores e incluso espejos autoflexibles, construidos para bloquear el resplandor de estrellas distantes y revelar los planetas en órbita alrededor de ellas, para demostrar que las tecnologías de imágenes directas pueden funcionar aún mejor en el espacio que con telescopios terrestres.
“Podremos obtener imágenes de exoplanetas en luz visible utilizando el coronógrafo de Roman”, dijo Rob Zellem, astrónomo del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en el sur de California, quien codirige el plan de calibración para el instrumento de observación. JPL está construyendo el Coronagraph Instrument de Roman. “Hacerlo desde el espacio nos ayudará a ver planetas más pequeños, más antiguos y más fríos de lo que normalmente revelan las imágenes directas, acercándonos a conseguir imágenes de planetas como la Tierra”.
Un hogar lejos de casa
Los exoplanetas (planetas que se encuentran fuera de nuestro sistema solar orbitando otras estrellas) están tan distantes y son tan tenues en comparación con sus estrellas anfitrionas que son prácticamente invisibles, incluso para telescopios muy potentes. Por esta razón casi todos los exoplanetas descubiertos hasta ahora se han encontrado indirectamente a través de los efectos que tienen sobre sus estrellas anfitrionas. Sin embargo, los recientes avances tecnológicos permitirán a los astrónomos tomar imágenes de la luz reflejada de los propios exoplanetas.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA/CI Labs.
Analizar los colores de las atmósferas planetarias ayuda a los astrónomos a descubrir de qué están hechas esas atmósferas. Esto, a su vez, puede ofrecer pistas sobre los procesos que ocurren en los planetas que puedan afectar a su potencial habitabilidad. Dado que los seres vivos modifican su entorno de maneras que podríamos detectar, como al producir oxígeno o metano, los científicos esperan que esta investigación allane el camino para futuras misiones que podrían revelar signos de vida.
Si el Coronagraph Instrument de Roman completa con éxito su fase de demostración de tecnología, su modo de polarimetría permitirá a los astrónomos obtener imágenes de los discos alrededor de las estrellas en luz polarizada, similar al resplandor que refleja el sol cuando se usan gafas de sol polarizadas. Los astrónomos utilizarán imágenes polarizadas para estudiar los granos de polvo que forman los discos alrededor de las estrellas, incluidos sus tamaños, formas y posiblemente propiedades minerales. Roman podrá incluso ser capaz de revelar estructuras en los discos, como espacios creados por planetas invisibles. Estas mediciones complementarán los datos existentes al sondear discos de polvo más débiles que orbitan más cerca de sus estrellas anfitrionas de lo que pueden ver otros telescopios.
Cerrando la brecha.
Créditos: Jason Wang (Caltech)/Christian Marois (NRC Herzberg).
Los métodos actuales de obtención de imágenes directas se limitan a planetas enormes y brillantes. Estos planetas son normalmente super-Júpiteres que tienen menos de 100 millones de años, tan jóvenes, que brillan intensamente gracias al calor remanente de su formación, lo que los hace detectables en luz infrarroja. También tienden a estar muy lejos de sus estrellas anfitrionas porque nos es más fácil bloquear la luz de la estrella y ver planetas en órbitas más distantes. El coronógrafo del Roman podría complementar las observaciones infrarrojas de otros telescopios al obtener imágenes por primera vez de super-Júpiteres jóvenes en luz visible, según un estudio realizado por un equipo de científicos.
Pero a los astrónomos también les gustaría obtener imágenes directas de planetas similares al nuestro algún día: planetas rocosos del tamaño de la Tierra que orbiten estrellas similares al Sol dentro de sus zonas habitables (el rango de distancias orbitales donde las temperaturas permiten que exista agua líquida en la superficie de un planeta). Para hacerlo, los astrónomos deben poder ver planetas más pequeños, más fríos y más tenues que orbiten mucho más cerca de sus estrellas anfitrionas, que con los telescopios actuales. Al fotografiar planetas en luz visible, Roman podrá obtener imágenes de planetas maduros que abarcan edades de hasta varios miles de millones de años, algo que nunca antes se había hecho.
“Para obtener imágenes de planetas similares a la Tierra, necesitaremos un rendimiento 10.000 veces mejor que el que brindan los instrumentos actuales”, dijo Vanessa Bailey, astrónoma del JPL y tecnóloga del Coronagraph Instrument de Roman. “El Coronagraph Instrument funcionará varios cientos de veces mejor que los instrumentos actuales, por lo que podremos ver planetas similares a Júpiter que son más de 100 millones de veces más débiles que sus estrellas anfitrionas”.
Un equipo de científicos recientemente realizó una simulación de un objetivo prometedor para Roman, llamado Upsilon Andromedae d. “Este exoplaneta gigante gaseoso es un poco más grande que Júpiter, orbita dentro de la zona habitable de una estrella similar al Sol y está relativamente cerca de la Tierra, a solo 44 años luz de distancia”, dijo Prabal Saxena, científico investigador asistente de la Universidad de Maryland College Park y el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal de un artículo que describe los resultados. “Lo que es realmente emocionante es que Roman puede ayudarnos a explorar neblinas y nubes en la atmósfera de Upsilon Andromedae d, e incluso puede actuar como un termómetro planetario al poner restricciones a la temperatura interna del planeta”.
Abriendo una nueva frontera
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA.
El Coronagraph Instrument contendrá varios componentes de última generación que nunca antes han estado a bordo de un observatorio espacial. Por ejemplo, utilizará máscaras de coronógrafo especialmente diseñadas para bloquear el resplandor de las estrellas anfitrionas, pero permitirá que se filtre la luz de los planetas en órbita más tenues. Estas máscaras tienen formas innovadoras y complejas que bloquean la luz de las estrellas con mayor eficacia que las máscaras tradicionales.
El coronógrafo de Roman estará equipado también con espejos deformables, que ayudan a contrarrestar pequeñas imperfecciones que reducen la calidad de la imagen. Estos espejos especiales medirán y restarán la luz de las estrellas en tiempo real, y los técnicos desde tierra podrán enviar comandos a la nave espacial para ajustarlos. Esto ayudará a contrarrestar efectos como los cambios de temperatura, que pueden alterar ligeramente la forma de la óptica.
Usando esta tecnología, Roman observará planetas tan débiles que los detectores especiales contarán los fotones de luz individuales a medida que lleguen, con segundos o incluso minutos de diferencia. Ningún otro observatorio ha realizado antes este tipo de imágenes en luz visible, lo que proporciona un paso vital para descubrir planetas habitables y posiblemente saber si estamos solos en el universo.
El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman se administra en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Jet Propulsion Laboratory de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Space Telescope Science Institute en Baltimore y un equipo compuesto por científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios comerciales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.
Edición: R. Castro.