Nuestro sistema solar se fue dando forma debido a los choques que se produjeron entre cuerpos rocosos. Las observaciones de impactos similares nos proporcionan información sobre la frecuencia con la que ocurren estos eventos alrededor de otras estrellas.
La mayoría de los planetas y satélites rocosos de nuestro sistema solar, incluidos la Tierra y la Luna, se formaron o moldearon por medio de colisiones masivas que tuvieron lugar al principio de la historia del sistema solar. Al chocar entre sí, los cuerpos rocosos pueden acumular más material, aumentando de tamaño, o pueden romperse y desmenuzarse en varios cuerpos más pequeños.
Los astrónomos que utilizan el retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, encontraron evidencias de este tipo de colisiones alrededor de estrellas jóvenes donde se están formando planetas rocosos. Pero esas observaciones no proporcionaron muchos detalles sobre los choques, como el tamaño de los objetos involucrados.
Esta ilustración representa el resultado de una colisión entre dos grandes cuerpos del tamaño de un asteroide: una nube de escombros masiva alrededor de una estrella joven. Spitzer, de la NASA, detectó cómo una nube de escombros bloqueaba la estrella HD 166191, lo que permitió a los científicos obtener detalles sobre el choque que aconteció.
La misión SPHEREx tendrá algunas similitudes con el telescopio espacial James Webb. Pero los dos observatorios utilizarán enfoques drásticamente diferentes para estudiar el cielo.
La próxima misión de la NASA, SPHEREx, podrá escanear todo el cielo cada seis meses y crear un mapa del cosmos como nunca antes. La misión, que está programada para lanzarse como fecha límite en abril de 2025, investigará lo que sucedió en el primer segundo después del Big Bang, cómo se forman y evolucionan las galaxias y la prevalencia de moléculas críticas para la formación de la vida, como el agua, encerradas como hielo en nuestra galaxia. Lograr estos objetivos requerirá tecnología punta, y la NASA este mes ha aprobado los planes finales para todos los componentes del observatorio.
“Estamos en la transición de hacer cosas con modelos informáticos a hacer cosas con hardware real”, dijo Allen Farrington, gerente de proyectos de SPHEREx en el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en el sur de California, que administra la misión. “El diseño de la nave espacial, tal como está, se ha confirmado. Hemos demostrado que es factible hasta en los detalles más pequeños. Así que ahora podemos comenzar a construir y montar las cosas”.
Los principales componentes de la nave espacial SPHEREx de la NASA, que buscará responder grandes preguntas sobre el universo, se muestran en esta ilustración. Créditos: NASA/JPL-Caltech.
Para responder a las grandes preguntas sobre el universo, los científicos necesitan mirar el cielo de diferentes maneras. Muchos telescopios, como el telescopio espacial Hubble de la NASA, están construidos para enfocarse en estrellas individuales, galaxias u otros objetos cósmicos y estudiarlos en detalle. Pero SPHEREx (que significa Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) pertenece a otra clase de telescopios espaciales que observan rápidamente grandes porciones del cielo, examinando muchos objetos en un corto período de tiempo. SPHEREx escaneará más del 99% del cielo cada seis meses; por el contrario, el Hubble ha observado alrededor del 0,1% del cielo en más de 30 años de operaciones. Aunque los telescopios de exploración como SPHEREx no pueden ver objetos con el mismo nivel de detalle que los observatorios específicos, pueden responder preguntas sobre las propiedades típicas de esos objetos presentes en todo el universo.
La misión SPHEREx de la NASA escaneará todo el cielo en 97 bandas de colores, creando un mapa que beneficiará a los astrónomos de todo el mundo. Este vídeo explica los tres temas científicos clave que explorará SPHEREx: inflación cósmica, evolución de galaxias y hielos interestelares. Créditos: NASA/JPL-Caltech.
Por ejemplo, el telescopio espacial James Webb, lanzado recientemente por la NASA, apuntará a exoplanetas individuales (planetas fuera de nuestro sistema solar), midiendo su tamaño, temperatura, patrones climáticos y composición. Pero, ¿los exoplanetas, en promedio, se forman en entornos propicios para la vida tal como la conocemos? Con SPHEREx, los científicos medirán la prevalencia de materiales que sustentan la vida, como el agua que reside en los granos de polvo helado en las nubes galácticas de las que nacen nuevas estrellas y sus sistemas planetarios. Los astrónomos creen que el agua de los océanos de la Tierra (que se cree que es esencial para la vida que comenzó en nuestro planeta) provino originalmente de dicho material interestelar.
“Es la diferencia entre conocer a algunas personas individuales y hacer un censo y aprender sobre la población en su conjunto”, dijo Beth Fabinsky, subdirectora de proyectos de SPHEREx en el JPL. “Ambos tipos de estudios son importantes y se complementan. Pero hay algunas preguntas que solo pueden responderse a través de ese censo”.
SPHEREx y Webb difieren no solo en su enfoque para estudiar el cielo sino también en sus parámetros físicos. Webb es el telescopio más grande que jamás haya viajado al espacio, con un espejo primario de 6,5 metros para capturar las imágenes de mayor resolución que cualquier otro telescopio espacial de la historia. El observatorio protege sus instrumentos sensibles de la luz cegadora del Sol con un parasol del tamaño de una cancha de tenis. SPHEREx, sin embargo, tiene un espejo principal de 20 centímetros y un parasol de solo 3,2 metros de ancho.
Pero ambos observatorios recogerán luz infrarroja, que son longitudes de onda fuera del rango que el ojo humano puede detectar. El infrarrojo, a veces, se llama radiación de calor porque lo emiten objetos calientes, razón por la cual se usa en equipos de visión nocturna. Los dos telescopios también utilizarán una técnica llamada espectroscopía, para descomponer la luz infrarroja en sus longitudes de onda o colores individuales, al igual que un prisma descompone la luz solar en los colores que la componen. La espectroscopía es lo que permite, tanto a SPHEREx como a Webb, revelar cuál es la composición un objeto, ya que los elementos químicos individuales absorben e irradian longitudes de onda de luz específicas.
Para responder a preguntas generales, el equipo de SPHEREx primero tuvo que responder preguntas más prácticas, como por ejemplo si el instrumento a bordo podría sobrevivir a las características del entorno en el espacio o si todos sus componentes podrían empaquetarse y operar como un sistema. El mes pasado, los planes finales del equipo fueron aprobados por la NASA, un paso que la agencia llama revisión crítica de diseño o CDR. Esto marca un hito importante para la misión.
“La COVID continúa suponiendo un gran reto para nosotros en el desarrollo de nuevos proyectos espaciales. Todo por lo que pasó el país durante el año pasado, desde interrupciones en la cadena de suministro hasta trabajar en casa con niños, también lo hemos pasado”, dijo el investigador principal de SPHEREx, James Bock, científico en el JPL y Caltech, en Pasadena, California. “Es realmente increíble ser parte de un equipo que ha manejado estas dificultades con entusiasmo y una determinación aparentemente ilimitada”.
Más sobre información sobre SPHEREx
SPHEREx es administrado por el JPL para la Science Mission Directorate de la NASA en Washington. El investigador principal de la misión tiene su sede en Caltech, que administra el JPL para la NASA y también desarrollará la carga útil en colaboración con el JPL. Ball Aerospace en Boulder, Colorado, suministrará la nave espacial. El Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) es un socio científico para la misión. Los datos serán procesados y archivados en IPAC en Caltech. El equipo científico de SPHEREx incluye miembros de 10 instituciones de los E.E.U.U. y Corea del Sur.
El equipo de procesamiento frente a la muestra, recién abierta, 73001 del Apolo 17, en el Johnson Space Center de la NASA en Houston. Desde la izquierda, Charis Krysher, Andrea Mosie, Juliane Gross y Ryan Zeigler. Créditos: NASA/Robert Markowitz.
Como si fuese una cápsula del tiempo sellada para la posteridad, una de las últimas muestras lunares de la era Apolo, recolectada durante la misión Apolo 17, se abrió bajo la cuidadosa dirección de los procesadores y conservadores de muestras lunares en la Astromaterials Research and Exploration Science (ARES) Division de la NASA, en el Johnson Space Center, en Houston. Esta valiosa y bien conservada muestra, alimentará al registro geológico permanente del vecino celestial más cercano a la Tierra: la Luna.
Antes de que la NASA vuelva a por más muestras (esta vez en el Polo Sur de la Luna con las misiones Artemis de la agencia), el Apollo Next Generation Sample Analysis Program, o ANGSA, está estudiando algunas de las últimas muestras lunares que la NASA ha mantenido intactas, en estado prístino, esperando el día en que los científicos estuvieran equipados con métodos y tecnologías innovadores para examinarlos.
“Teníamos la oportunidad de abrir esta muestra increíblemente preciosa que se ha guardado durante 50 años al vacío”, dijo Thomas Zurbuchen, administrador asociado de la Science Mission Directorate de la NASA en Washington, “y finalmente podremos ver qué tesoros se encuentran en ella.”
El día llegó para la muestra 73001, que primero se selló al vacío en la Luna y luego se almacenó en un segundo tubo de vacío exterior protector dentro de las vitrinas de procesamiento, purgadas con nitrógeno en el laboratorio lunar de Johnson. En diciembre de 1972, los astronautas Eugene Cernan y Harrison “Jack” Schmitt, recolectaron el regolito lunar martilleando finos dispositivos cilíndricos de recolección de muestras, o tubos guía, en un depósito de arena en el valle Taurus-Littrow de la Luna, capturando capas de historia geológica para que los científicos pudieran estudiarlas minuciosamente.
Primer plano de la muestra lunar 73001 del Apolo 17, que se ha extraído de su tubo impulsor, por primera vez (en el Johnson Space Center de la NASA, Houston), desde que fue recolectada por los astronautas del Apolo en diciembre de 1972. Créditos: NASA/Robert Markowitz.
Esta muestra, 73001, es la mitad inferior de un tubo de transmisión doble. El tubo guía superior, muestra 73002, se trajo de la Luna en un contenedor normal, sin sellar, que se abrió en 2019. El equipo científico de ANGSA ha estado estudiando sus capas de pequeñas rocas y suelo, y está ansioso por ver qué contiene la mitad inferior.
Antes de que el equipo de ARES expulsara el tubo guía del 73001, se realizaron escaneos extensos en la Universidad de Texas, en Austin, usando tecnología de tomografía computarizada de rayos X, para capturar imágenes 3D de alta resolución de la composición de la muestra ubicada dentro del tubo.
“Este será el registro permanente de cómo se ve el material dentro del núcleo antes de ser expulsado y dividido en incrementos de medio centímetro”, dijo Ryan Zeigler, conservador de muestras del Apolo. “El tubo impulsor estaba muy lleno, que es una de las cosas que aprendimos con las tomografías computarizadas, y causó una ligera complicación en la forma en que inicialmente planeábamos extraerlo, pero pudimos adaptarnos usando estas tomografías”.
El mes pasado, en un principio el equipo trabajó para capturar cualquier gas presente dentro del tubo protector exterior y, finalmente, perforaron el contenedor interior para extraer los gases lunares que quedaban en el interior.
“Hemos extraído gas de este núcleo y esperamos que ayude a los científicos cuando intenten comprender la firma del gas lunar al observar las diferentes alícuotas (muestras tomadas para el análisis químico)”, dijo Zeigler.
Imagen de tomografía computarizada de rayos X de la muestra central 73001 del Apolo 17, tomada en la Universidad de Texas, en Austin. Créditos: La Universidad de Texas en Austin.
Los análisis y las tomografías computarizadas aseguraron que no se produjeran grandes sorpresas al abrir este regalo científico y, juntos, ayudaron a trazar un plan para la disección. Antes del evento principal del 21 y 22 de marzo, la conservadora adjunta de muestras de Apolo, Juliane Gross, también realizó ensayos del proceso de extrusión con un núcleo simulado en el laboratorio de Johnson.
Gross comparó el proceso de extrusión con la elaboración de muebles, excepto por la restricción en la movilidad con los brazos debido a los enormes guantes que utilizan. La extrusión de la muestra con herramientas especializadas requirió un meticuloso nivel de organización.
“Hicimos esto paso a paso, tratando de no perder las piezas y tornillos pequeños”, dijo Gross.
Al final fue muy parecido a un duro entrenamiento: el dolor se irradiaba a través de sus brazos y hombros. Pero Gross dice que sin duda valió la pena.
“Somos las primeras personas que han podido ver esta arena por primera vez”, dijo Gross. “Es simplemente lo mejor del mundo, como un niño en una tienda de dulces, ¿verdad?”
El programa Apolo le dio a la NASA la oportunidad de probar métodos de muestreo que creían que funcionarían en la Luna, basándose en lo que funcionó en la Tierra, y hacer evolucionar esos métodos con cada misión.
“Las muestras terrestres y las muestras lunares son muy diferentes, por lo que el equipo de Artemis ya lo ha tenido en cuenta al diseñar sus herramientas”, dijo Zeigler. “No comenzaron con el Apolo 11. No comenzaron desde cero. Comenzaron con el Apolo 17, funcionó muy bien y están avanzando desde ese punto hacia Artemis”.
Debido a que los astronautas de Artemis irán más allá del ecuador lunar (más conocido), hasta el Polo Sur, con sus condiciones a veces criogénicas o congeladas, y su iluminación espectacular, el suelo lunar allí ofrece perspectivas magníficas para su estudio.
“El Polo Sur de la Luna es un gran lugar para la posible acumulación de grandes depósitos de lo que llamamos volátiles (sustancias que se evaporan a temperaturas normales, como el hielo de agua y el dióxido de carbono)”, dijo Lori Glaze, directora de la Planetary Science Division en la sede de la NASA. “Estos volátiles pueden darnos pistas sobre el origen del agua en esta parte del sistema solar, ya sea de cometas, asteroides, viento solar u otros”.
Y si bien las muestras del Apolo han proporcionado a la NASA información sobre el satélite natural de la Tierra, unas nuevas muestras prístinas de lugares exóticos en la superficie lunar, y debajo de la superficie, ayudarán a la agencia a comprender mejor sus depósitos volátiles y su evolución geológica.
“Tenemos la oportunidad de abordar algunas preguntas realmente importantes sobre la Luna aprendiendo de lo que se ha registrado y preservado en el regolito de estas muestras de Apolo”, dijo el conservador de astromateriales de la NASA, Francis McCubbin, “Conservamos estas muestras a largo plazo, para que los científicos 50 años después pudieran analizarlos. A través de Artemis, esperamos ofrecer las mismas posibilidades a una nueva generación de científicos”.
Los innovadores proyectos científicos del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, que analizará millones de galaxias esparcidas por el espacio y el tiempo, aportarán grandes panorámicas del cosmos, que serán clave para que los científicos puedan discernir entre las principales teorías para saber qué es lo que está acelerando la expansión del universo.
Roman explorará este misterio utilizando múltiples métodos, incluida la espectroscopía. Esta técnica permitirá a los científicos medir con precisión la rapidez con la que se expandió en diferentes eras cósmicas el universo y rastrear cómo ha evolucionado.
Este vídeo muestra la distribución simulada de galaxias en desplazamiento al rojo 9, 7, 5, 3, 2 y 1, con las edades cósmicas correspondientes. A medida que el universo se expande, la densidad de galaxias dentro de cada cubo disminuye, desde más de medio millón en el primer cubo hasta unas 80 en el último. Cada cubo tiene unos 100 millones de años luz de diámetro. Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA/F. Reddy y Z. Zhai, Y. Wang (IPAC) y A. Benson (Observatorios Carnegie).
“Nuestro estudio pronostica los datos científicos que se obtendrán mediante el estudio de espectroscopía de Roman y muestra cómo varios ajustes podrían optimizar su diseño”, dijo Yun Wang, científico investigador principal de Caltech/IPAC en Pasadena, California, y autor principal del estudio. Como Roman Science Support Center, el IPAC será responsable del procesamiento de datos científicos espectroscópicos de la misión, mientras que el Space Telescope Science Institute en Baltimore será responsable del procesamiento de datos científicos de imágenes, la generación de catálogos y el soporte para las canalizaciones de procesamiento de datos cosmológicos. “Si bien este estudio está diseñado para explorar la aceleración cósmica, también ofrecerá pistas sobre muchos otros misterios. Nos ayudará a comprender la primera generación de galaxias, nos permitirá cartografiar la materia oscura e incluso revelar información sobre estructuras que están mucho más cerca de casa, justo en nuestro grupo local de galaxias”.
Esta animación muestra la secuencia y el diseño del patrón de mosaico del High Latitude Spectroscopic Survey del Telescopio Espacial Roman. Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA.
El Telescopio Espacial Roman, cuyo lanzamiento está previsto para mayo de 2027, proporcionará una extensa vista del universo que ayudará a los científicos a estudiar los misterios cósmicos. Cada imagen contendrá medidas precisas de una cantidad tan grande de objetos celestes, que permitirán estudios estadísticos que no son factibles usando telescopios con vistas más estrechas.
Según el plan previsto, el estudio de espectroscopía de Roman cubrirá casi 2000 grados cuadrados, o alrededor del 5% del cielo, en poco más de siete meses. Los resultados del análisis del equipo mostraron que el estudio debería revelar distancias precisas para 10 millones de galaxias desde que el universo tenía entre 3 y 6 mil millones de años, ya que la luz que llega al telescopio comenzó su viaje cuando el universo era mucho más joven. Estas medidas permitirán a los astrónomos mapear la estructura a gran escala, similar a la creación de una red del cosmos. El mapeo también revelará las distancias de 2 millones de galaxias incluso antes en la historia del universo, cuando tenía solo entre 2 y 3 mil millones de años, territorio inexplorado en la estructura cósmica a gran escala.
Este gráfico ilustra cómo funciona el desplazamiento cosmológico al rojo y cómo ofrece información sobre la evolución del universo. El universo se está expandiendo, y esa expansión estira la luz que viaja por el espacio. Cuanto más se ha estirado, mayor es el desplazamiento al rojo y mayor la distancia que ha viajado la luz. Por lo tanto, necesitamos telescopios con detectores infrarrojos para ver la luz de las primeras galaxias más distantes. Créditos: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI).
Casi toda la información que recibimos del espacio proviene de la luz. Roman usará la luz para capturar imágenes, pero también estudiará la luz dividiéndola en colores individuales. Los patrones de longitud de onda detallados, llamados espectros, revelan información sobre el objeto que emitió la luz, incluida la rapidez con la que se aleja de nosotros. Los astrónomos llaman a este fenómeno “desplazamiento hacia el rojo” porque cuando un objeto retrocede, todas las ondas de luz que recibimos de él se estiran y se desplazan hacia longitudes de onda más rojas.
En la década de 1920, los astrónomos Georges Lemaître y Edwin Hubble utilizaron los desplazamientos al rojo para hacer el sorprendente descubrimiento de que, con muy pocas excepciones, las galaxias se alejan de nosotros y entre sí a diferentes velocidades, dependiendo de su distancia. Al determinar la velocidad con la que se alejan las galaxias de nosotros, impulsadas por la expansión incesante del espacio, los astrónomos pueden averiguar a qué distancia se encuentran: cuanto más se desplaza hacia el rojo el espectro de una galaxia, más lejos está.
El estudio de espectroscopía de Roman creará un mapa 3D del universo midiendo distancias y las posiciones con precisión de millones de galaxias. Aprender cómo varía la distribución de las galaxias con la distancia y, por lo tanto, con el tiempo, nos dará una idea de la velocidad a la que se expandió el universo en diferentes eras cósmicas.
Este estudio también conectará las distancias de las galaxias con los ecos de las ondas de sonido justo después del Big Bang. Estas ondas de sonido, llamadas oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), han crecido con el tiempo debido a la expansión del espacio y han dejado su huella en el cosmos al influir en la distribución de las galaxias. Para cualquier galaxia moderna, es más probable que encontremos otra galaxia a unos 500 millones de años luz de distancia que encontrar una un poco más cerca o más lejos.
Mirando más lejos en el universo, a tiempos cósmicos anteriores, significa que esta distancia física entre galaxias, el vestigio de las ondas BAO, disminuye. Esto proporciona una medida de la historia de expansión del universo. Los desplazamientos al rojo de las galaxias también codifican información sobre su movimiento debido a la gravedad de sus vecinas, llamadas distorsiones del espacio del desplazamiento al rojo, lo que ayuda a los astrónomos a rastrear la historia del crecimiento de la estructura a gran escala. Aprender sobre la forma en que se ha expandido el cosmos y cómo ha crecido la estructura dentro de él a lo largo del tiempo, permitirá a los científicos explorar la naturaleza de la aceleración cósmica y probar la teoría de la gravedad de Einstein sobre la edad del universo.
Energía Oscura Versus Gravedad Modificada
A medida que el universo se expande, la gravedad de la materia dentro de él debería ralentizar esa expansión. Los astrónomos se sorprendieron al saber que la expansión del universo se está acelerando porque significa que algo en nuestra imagen del cosmos está mal o está incompleto. El misterio podría explicarse añadiendo un nuevo componente de energía al universo, que los científicos han denominado energía oscura, o podría indicar que la teoría de la gravedad de Einstein, la teoría general de la relatividad, necesita una modificación.
Cambiar las ecuaciones que describen algo tan fundamental como la gravedad puede parecer extremo, pero ya se ha hecho antes. La ley de la gravedad de Isaac Newton no pudo explicar algunas de las cosas que observaron los astrónomos, como un pequeño pero misterioso movimiento en la órbita de Mercurio.
Los astrónomos finalmente se dieron cuenta de que la teoría general de la relatividad de Einstein explicaba perfectamente los problemas que habían surgido, como el cambio orbital de Mercurio. Pasar de la descripción de la gravedad de Newton a la de Einstein implicó transformar la física moderna al cambiar la forma en que vemos el espacio y el tiempo: interconectados, en lugar de separados y constantes.
La aceleración cósmica podría ser un indicativo de que la teoría de la gravedad de Einstein todavía no es del todo correcta. La relatividad general está extremadamente bien probada en escalas físicas sobre el tamaño de nuestro sistema solar, pero menos a medida que avanzamos a escalas cosmológicas más grandes. El equipo simuló el desempeño de Roman y demostró que las enormes y profundas imágenes en 3D del universo que la misión brindará, será una de las mejores oportunidades hasta ahora para discernir entre las principales teorías que intentan explicar la aceleración cósmica.
“Podemos esperar una nueva física, ya sea que aprendamos que la aceleración cósmica es causada por la energía oscura o que descubramos que tenemos que modificar la teoría de la gravedad de Einstein”, dijo Wang. “Roman probará ambas teorías al mismo tiempo”.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA/F. Reddy y Z. Zhai, Y. Wang (IPAC) y A. Benson (Observatorios Carnegie).
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 (JPL) de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo compuesto por científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.
La forma que actualmente presenta nuestro sistema solar se debe a grandes choques que se produjeron entre cuerpos rocosos. Las observaciones de un choque similar ayudan a deducir la frecuencia de estos eventos alrededor de otras estrellas.
La mayoría de los planetas y satélites rocosos de nuestro sistema solar, incluidos la Tierra y la Luna, se formaron o moldearon por un gran número de colisiones en el principio de la historia del sistema solar. Al chocar entre sí, los cuerpos rocosos pueden acumular más material, aumentando de tamaño, o pueden fragmentarse en varios cuerpos más pequeños.
Los astrónomos que utilizan los datos del ya retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, encontraron pruebas de este tipo de colisiones alrededor de estrellas jóvenes donde se están formando planetas rocosos. Pero esas observaciones no proporcionaron muchos detalles sobre los choques, como por ejemplo el tamaño de los objetos involucrados.
En un nuevo estudio publicado en el Astrophysical Journal, un grupo de astrónomos dirigido por Kate Su de la Universidad de Arizona, anuncian las primeras observaciones de una nube de escombros de una de estas colisiones, cuando la nube pasó frente a su estrella y bloqueó brevemente la luz. Los astrónomos lo denonminan tránsito. Además del conocimiento sobre el tamaño y el brillo de la estrella, las observaciones permitieron a los investigadores determinar el tamaño de la nube poco después del impacto, estimar el tamaño de los objetos que chocaron y observar la velocidad con la que la nube se dispersó.
George Rieke, también de la Universidad de Arizona y coautor del nuevo estudio, dijo: “Todos los casos que se revelaron por Spitzer no han sido resueltos, son solo hipótesis teóricas sobre cómo podría haber sido el evento real y la nube de escombros”.
A partir de 2015, un equipo dirigido por Su comenzó a realizar observaciones habituales a una estrella de 10 millones de años, llamada HD 166191. En este tiempo de vida de una estrella, el polvo que quedó de su formación se ha agrupado para formar cuerpos rocosos, llamados planetesimales. Una vez que el gas que previamente llenaba el espacio entre esos objetos se ha dispersado, las catastróficas colisiones entre ellos se vuelven comunes.
Sospechando que podrían “presenciar” de una de estas colisiones alrededor de HD 166191, el equipo usó Spitzer para realizar más de 100 observaciones del sistema entre 2015 y 2019. Si bien los planetesimales son demasiado pequeños y distantes para detectarlos con un telescopio, sus colisiones producen grandes cantidades de polvo. Spitzer detectó luz infrarroja, o longitudes de onda ligeramente más largas de las que pueden percibir los ojos humanos. El infrarrojo es ideal para detectar polvo, incluidos los desechos creados por las colisiones de protoplanetas.
A mediados de 2018, el telescopio espacial detectó que el sistema HD 166191 se volvía significativamente más brillante, lo que sugiere un aumento en la producción de desechos. Durante ese tiempo, Spitzer también detectó una nube de escombros que bloqueaba la estrella. Combinando la observación del tránsito de Spitzer con las observaciones de los telescopios en tierra, el equipo pudo deducir el tamaño y la forma de la nube de escombros.
El estudio sugiere que la nube era muy alargada, con un área mínima estimada, tres veces mayor que la de la estrella. Sin embargo, la cantidad de brillo infrarrojo que detectó Spitzer sugiere que solo una pequeña porción de la nube pasó frente a la estrella y que los escombros de este evento cubrieron un área cientos de veces más grande que la de la estrella.
Para producir una nube tan grande, los objetos en la colisión principal deben haber sido del tamaño de planetas enanos, como Vesta en nuestro sistema solar, un objeto de 530 kilómetros de ancho ubicado en el cinturón principal de asteroides, entre Marte y Júpiter. El choque inicial generó suficiente energía y calor como para volatilizar parte del material. También produjo una reacción en cadena de impactos entre fragmentos de la primera colisión y otros cuerpos pequeños en el sistema, lo que probablemente creó una cantidad significativa del polvo que detectó Spitzer.
Durante los siguientes meses, la gran nube de polvo se incrementó en tamaño y se volvió más translúcida, lo que indica que el polvo y otros desechos se estaban dispersando rápidamente por todo el joven sistema estelar. Para 2019, la nube que pasó frente a la estrella ya no era visible, pero el sistema contenía el doble de polvo que antes de que Spitzer detectara la nube. Esta información, según los autores del artículo, puede ayudar a los científicos a probar teorías sobre cómo se forman y crecen los planetas terrestres.
“Al observar los discos de escombros polvorientos alrededor de las estrellas jóvenes, podemos mirar atrás en el tiempo y ver los procesos que pueden haber dado forma a nuestro propio sistema solar”, dijo Su. “Al aprender sobre el resultado de las colisiones en estos sistemas, también podemos tener una mejor idea de la frecuencia con la que se forman los planetas rocosos alrededor de otras estrellas”.
Más información sobre Spitzer
Todo el cuerpo de datos científicos recopilados por Spitzer durante su vida está disponible para el público a través del archivo de datos de Spitzer, ubicado en el Infrared Science Archive en IPAC, en Caltech, Pasadena. JPL, que es una división de Caltech, administró las operaciones de la misión Spitzer para la Science Mission Directorate de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Spitzer Science Center, en IPAC, en Caltech. Las operaciones de la nave espacial se gestionaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado.
El total de exoplanetas confirmados acaba de superar la marca de los 5000, lo que representa los 30 años de trayectoria de descubrimiento liderada por los telescopios espaciales de la NASA.
Hasta hace no mucho tiempo, vivíamos en un universo en el que conocíamos solo una pequeña cantidad de planetas, todos ellos en órbita alrededor de nuestro Sol. Una nueva serie de descubrimientos ha marcado un hito científico: se ha confirmado que existen más de 5.000 planetas más allá de nuestro sistema solar.
El 21 de marzo, se han añadido un conjunto de 65 exoplanetas al Archivo de Exoplanetas de la NASA. El archivo registra los descubrimientos de exoplanetas que han sido confirmados utilizando múltiples métodos de detección o mediante técnicas analíticas.
Entre los más de 5000 planetas encontrados hasta ahora, hay planetas pequeños y rocosos como la Tierra, gigantes gaseosos muchas veces más grandes que Júpiter y “Júpiter calientes” en órbitas abrasadoramente cercanas alrededor de sus estrellas. Hay “superTierras”, que son posibles planetas rocosos más grandes que el nuestro, y “mini-Neptunos”, versiones más pequeñas del Neptuno de nuestro sistema. Algunos planetas orbitan dos estrellas a la vez y otros orbitan obstinadamente los restos de estrellas colapsadas.
Los astrónomos han confirmado más de 5.000 exoplanetas, o planetas ubicados fuera de nuestro sistema solar. Esto es solo una fracción de los probables cientos de miles de millones que existan en nuestra galaxia. Se esperan muchos más descubrimientos. Créditos: NASA/JPL-Caltech.
“No es solo un número”, dijo Jessie Christiansen, directora científica del archivo y científica investigadora del Exoplanet Science Institute de la NASA en Caltech, en Pasadena, California. “Cada uno de ellos es un mundo nuevo, un planeta nuevo. Me emociono con cada uno porque no sabemos nada sobre ellos”.
Sabemos que nuestra galaxia contiene probablemente cientos de miles de millones de esos planetas. El ritmo constante del descubrimiento comenzó en 1992 con nuevos y extraños planetas que orbitaban una estrella aún más extraña. Era un tipo de estrella de neutrones conocida como púlsar, un cadáver estelar que gira rápidamente y pulsa con ráfagas de milisegundos de radiación abrasadora. La medición de ligeros cambios en el tiempo de los pulsos permitió a los científicos revelar planetas en órbita alrededor del púlsar.
“Encontrar solo tres planetas alrededor de esta estrella giratoria abrió las compuertas”, dijo Alexander Wolszczan, autor principal del artículo que, hace 30 años, reveló los primeros planetas confirmados fuera de nuestro sistema solar.
“Si puedes encontrar planetas alrededor de una estrella de neutrones, los planetas tienen que estar básicamente en todas partes”, dijo Wolszczan. “El proceso de creación de planetas tiene que ser muy robusto”.
Wolszczan, quien sigue buscando exoplanetas como profesor en Penn State, sostiene que estamos abriendo una era de descubrimiento que irá más allá de simplemente añadir nuevos planetas a la lista. El Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), lanzado en 2018, continúa descubriendo nuevos exoplanetas. Pero pronto, los innovadores telescopios y sus instrumentos altamente sensibles, comenzando con el Telescopio Espacial James Webb lanzado recientemente, capturarán la luz de las atmósferas de los exoplanetas, descifrando qué gases están presentes en ellas para identificar signos reveladores de condiciones habitables.
El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, que se lanzará en 2027, hará nuevos descubrimientos de exoplanetas utilizando una variedad de métodos. La misión ARIEL de la ESA (Agencia Espacial Europea), que se lanzará en 2029, observará atmósferas de exoplanetas; una pieza de tecnología de la NASA a bordo, llamada CASE, ayudará a estudiar las nubes y neblinas de los exoplanetas.
“En mi opinión, es inevitable que encontremos algún tipo de vida en alguna parte, muy probablemente de algún tipo primitivo”, dijo Wolszczan. “La estrecha conexión entre la química de la vida en la Tierra y la química que se encuentra en todo el universo, así como la detección de moléculas orgánicas, sugiere que la detección de la propia vida es solo cuestión de tiempo”.
En esta animación, los exoplanetas están representados por notas musicales tocadas a lo largo de las décadas de los descubrimientos. Los círculos muestran la ubicación y el tamaño de la órbita, mientras que su color indica el método de detección. Las notas más bajas significan órbitas más largas y las notas más altas significan órbitas más cortas. Créditos: NASA/JPL-Caltech/SYSTEM Sounds (M. Russo y A. Santaguida).
Cómo encontrar exoplanetas
El primer planeta detectado alrededor de una estrella similar al Sol, en 1995, resultó ser un Júpiter caliente: un gigante gaseoso de, aproximadamente, la mitad de la masa de Júpiter, en una órbita extremadamente cercana (de cuatro días) alrededor de su estrella. Un año en este planeta, en otras palabras, dura solo cuatro días.
Con el tiempo, fueron apareciendo más planetas de este tipo en los datos de los telescopios terrestres una vez que los astrónomos aprendieron a reconocerlos: primero docenas, luego cientos. Se encontraron utilizando el método de “bamboleo”: rastrear ligeros movimientos hacia adelante y hacia atrás de una estrella, causados por tirones gravitacionales de los planetas en órbita. Pero aun así, nada parecía potencialmente habitable.
Encontrar planetas pequeños y rocosos, más parecidos al nuestro, requirió el siguiente gran salto en la tecnología de búsqueda de exoplanetas: el método de “tránsito”. Al astrónomo William Borucki se le ocurrió la idea de conectar detectores de luz extremadamente sensibles a un telescopio y luego lanzarlo al espacio. El telescopio observaría durante años un campo de más de 170.000 estrellas, en busca de las pequeñas caídas en la luz estelar, provocadas cuando un planeta cruza por delante (desde nuestra perspectiva) de una estrella. Esa idea se materializó en el Telescopio Espacial Kepler. Borucki, investigador principal de la misión Kepler, ahora retirado, dice que su lanzamiento en 2009 abrió una nueva ventana al universo. “Tengo una verdadera sensación de satisfacción y realmente de asombro por lo que hay”, dijo. “Ninguno de nosotros esperaba esta enorme variedad de sistemas planetarios y estrellas. Es simplemente increíble.”
Los más de 5000 exoplanetas confirmados en nuestra galaxia hasta el momento incluyen una variedad de tipos, algunos son similares a los planetas de nuestro sistema solar, otros muy diferentes. Entre ellos hay una variedad misteriosa conocida como “súper-Tierras” porque son más grandes que nuestro planeta y posiblemente rocosos. Créditos: NASA/JPL-Caltech.
Las capacidades de conducción autónoma del rover se pondrán a prueba este mes, cuando comience una serie de sprints sin precedentes que le trasladen a su próxima ubicación de muestreo.
El rover Perseverance Mars de la NASA está tratando de cubrir la mayor distancia en un mes, más que ningún otro rover anterior, y lo está haciendo mediante inteligencia artificial. A su paso se encontrará depresiones de arena, cráteres y extensiones de rocas afiladas que el rover tendrá que recorrer sin asistencia. Al final del viaje de 5 kilómetros, que comenzó el 14 de marzo de 2022, Perseverance llegará al delta de un antiguo río dentro del cráter Jezero, donde hace miles de millones de años existió un lago.
Este delta es una de las mejores ubicaciones en Marte para que el rover busque indicios de vida microscópica pasada. Usando un taladro en el extremo de su brazo robótico y un complejo sistema de recolección de muestras en su estructura, Perseverance está recolectando núcleos de roca para traer a la Tierra. Esta es la primera parte del programa Mars Sample Return.
“El delta es tan importante que hemos decidido minimizar las actividades científicas y centrarnos en hacer el recorrido para llegar más rápido”, dijo Ken Farley de Caltech, científico del proyecto de Perseverance. “Tomaremos muchas imágenes del delta durante ese viaje. Cuanto más nos acerquemos, más impresionantes serán esas imágenes”.
El rover Perseverance Mars de la NASA seguirá la ruta propuesta hacia el delta del cráter Jezero que se muestra en esta animación. El delta es uno de los lugares más importantes que visitará el rover en su búsqueda de indicios de vida antigua en Marte. Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS/Universidad de Arizona.
El equipo científico buscará en las imágenes las rocas que querrán estudiar con más detalle, usando los instrumentos en el brazo robótico de Perseverance. También buscarán las mejores rutas que el rover pueda tomar para ascender al delta de 40 metros de altura.
Pero primero, Perseverance debe llegar allí. El rover se guiará por su sistema automático AutoNav, que ya ha establecido impresionantes récords de distancia. Si bien todos los rovers de Marte de la NASA han tenido capacidades de conducción autónoma, Perseverance tiene la más avanzada hasta el momento.
“Los procesos autónomos que llevaron minutos en un rover como Opportunity ocurren en menos de un segundo en Perseverance”, dijo el veterano planificador de rover y desarrollador de software de vuelo, Mark Maimone, del Jet Propulsion Laboratory de la NASA, en el sur de California, y que lidera la misión. “Debido a que la conducción autónoma ahora es más rápida, podemos cubrir más terreno que si las personas tuviéramos que programar cada desplazamiento”.
Cómo funciona
Antes de que el rover se mueva, un equipo de expertos en planificación de movilidad (Perseverance tiene 14) escribe los comandos de navegación que llevará a cabo el explorador robótico. Los comandos llegan a Marte a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA y Perseverance envía los datos para que los planificadores puedan confirmar el progreso del rover. Se requieren varios días para completar algunos planes, como sucedió en un recorrido reciente que abarcó aproximadamente 500 metros e incluyó miles de comandos individuales.
Algunas unidades requieren más intervención humana que otras. AutoNav es útil para conducir sobre terreno llano con riesgos potenciales simples, por ejemplo, rocas grandes o pendientes que son fáciles de detectar y sortear para el rover.
Procesamiento durante el desplazamiento
AutoNav refleja una evolución de las herramientas de conducción autónoma desarrolladas previamente para los rovers Spirit, Opportunity y Curiosity de la NASA. Lo que es diferente para AutoNav es “procesar durante el desplazamiento”, lo que permite que Perseverance tome y procese imágenes mientras está en movimiento. Luego, el rover navega en función de esas imágenes. ¿Está esa roca demasiado cerca? ¿Podrá pasar sobre ella sin dañar los bajos? ¿Qué pasaría si las ruedas del rover patinaran?
Su innovador hardware permite “procesar durante el desplazamiento”. El hecho de que las cámaras sean más rápidas implica que Perseverance puede tomar imágenes lo suficientemente rápido como para procesar su ruta en tiempo real. Y, a diferencia de sus predecesores, Perseverance tiene un ordenador extra dedicado por completo al procesamiento de imágenes. El ordenador se basa en un microchip supereficiente con un solo propósito, que es excelente para el procesamiento de visión por ordenador.
“En los rovers anteriores, la autonomía significaba el ralentizamiento debido a que los datos tenían que procesarse en un solo ordenador”, dijo Maimone. “Este ordenador adicional es increíblemente rápido en comparación con lo que teníamos en el pasado, y tenerlo dedicado a conducir implica que no tiene que compartir recursos informáticos con más de otras 100 tareas”.
Por supuesto, las personas no están completamente fuera de escena durante los viajes en AutoNav. Planifican la ruta básica utilizando imágenes tomadas desde el espacio por misiones como la Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Luego, marcan obstáculos como posibles trampas de arena para que Perseverance los evite, dibujando zonas de “mantener fuera” y “mantener dentro” que lo ayudan a navegar.
Otra gran diferencia es el sentido del espacio de Perseverance.
El programa de navegación autónoma de Curiosity mantiene al rover en una burbuja de seguridad de 5 metros de diámetro. Si Curiosity detecta dos rocas que están, por ejemplo, a 4,5 metros de distancia (un espacio por el que podría pasar fácilmente) se detendrá o las rodeará en lugar de correr el riesgo de pasar a través de ellas.
La burbuja de Perseverance es mucho más pequeña: existe una caja virtual que está centrada en cada una de las seis ruedas del rover. El rover más nuevo de Marte, tiene una identificación más sensible del terreno y puede sortear rocas por sí solo.
“Cuando vimos por primera vez el cráter Jezero como lugar de aterrizaje, nos preocupaban las extensiones densas de rocas que vimos esparcidas en la superficie del cráter”, dijo Maimone. “Ahora podemos bordear o incluso subir por rocas a las que antes no nos podríamos haber acercado”.
Mientras que las misiones anteriores del rover tuvieron un ritmo más lento explorando a lo largo de su camino, AutoNav brinda al equipo científico la capacidad de desplazarse a los lugares prioritarios. Eso significa que la misión está más enfocada a su objetivo principal: encontrar las muestras que los científicos querrán traer a la Tierra.
Más información de la misión
Un objetivo clave para la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover caracterizará la geología del planeta y el clima pasado, abrirá el camino para la exploración humana del Planeta Rojo y será la primera misión en recolectar y almacenar rocas y regolito marcianos (roca rota y polvo).
Las misiones posteriores de la NASA, en cooperación con la ESA (Agencia Espacial Europea), enviarán naves espaciales a Marte para que recojan esas muestras encapsuladas de la superficie y las traigan a la Tierra para un análisis en profundidad.
La misión Mars 2020 Perseverance es parte del objetivo de exploración de la Luna a Marte de la NASA, que incluye las misiones Artemis a la Luna, que ayudarán a prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo.
JPL, que Caltech administra para la NASA en Pasadena, California, construyó y administra las operaciones del rover Perseverance.
En esta fotografía, tomada el jueves 17 de marzo de 2022, en el Kennedy Space Center de la NASA, en Florida, se aprecia la Luna de fondo detrás del cohete del Space Launch System y la nave espacial Orión, a bordo de un lanzador móvil, mientras se desplaza hacia el Complejo de Lanzamiento 39B. Antes de la prueba de vuelo Artemis I de la NASA, el cohete SLS completamente apilado e integrado y la nave espacial Orion, se someterán a un ensayo general en el Complejo de Lanzamiento 39B para verificar los sistemas y practicar los procedimientos de cuenta atrás para el lanzamiento. Créditos: NASA.
El cohete del Space Launch System (SLS) de la NASA, con la nave espacial Orión a bordo, ha llegado hoy a la plataforma de lanzamiento 39B del Kennedy Space Center de la agencia, en Florida, donde comenzarán los preparativos para la prueba final antes del despegue de la misión lunar Artemis I.
Esta misión sin tripulación abrirá paso para que las próximas misiones lleven a la superficie de la Luna a la primera mujer y la primera persona de color.
“Desde este sagrado e histórico lugar, la humanidad pronto se embarcará en una nueva era de exploración”, dijo el administrador de la NASA, Bill Nelson. “Artemis I demostrará el compromiso y la capacidad de la NASA para extender la presencia de la humanidad a la Luna, y más allá”.
SLS y Orión tardaron 10 horas y 28 minutos en llegar a la plataforma de lanzamiento, habiendo recorrido 6 kilómetros de distancia desde el edificio de ensamblaje de vehículos hasta la plataforma de lanzamiento 39B. El viaje comenzó a las 5:47 p.m. el jueves 17 de marzo. El cohete y la nave espacial de 98 metros de altura y 1,5 millones de kilogramos llegaron a la plataforma a las 4:15 a. m. del 18 de marzo.
La próxima prueba, conocida como ensayo general final, llevará al equipo de lanzamiento de Artemis I a realizar las operaciones necesarias para cargar el propulsor en los tanques del cohete, realizar una cuenta atrás de lanzamiento y drenar los tanques. Todo ello para practicar los plazos y procedimientos que el equipo usará para el lanzamiento.
“Salir del edificio de ensamblaje de vehículos es un momento icónico para este cohete y nave espacial, y este es un hito clave para la NASA”, dijo Tom Whitmeyer, administrador asociado adjunto de Common Exploration Systems Development, en la sede de Washington de la NASA. “Ahora ya en la plataforma, usaremos los sistemas integrados para practicar la cuenta atrás del lanzamiento y cargar los propulsores que el cohete necesita para enviar a Orión a su viaje lunar”.
Antes de la prueba, SLS, Orión y los sistemas terrestres asociados, serán sometidos a varias revisiones en la plataforma. Después del ensayo, la NASA revisará los datos antes de establecer una fecha de lanzamiento objetivo concreta. El cohete y la nave espacial regresarán al edificio de ensamblaje de vehículos, varios días después de la prueba, para retirar los sensores utilizados durante el ensayo, cargar las baterías del sistema, guardar la carga tardía y realizar las comprobaciones finales. Después, Orión y el SLS volverán a la plataforma de lanzamiento por última vez, alrededor de una semana antes del lanzamiento.
Con Artemis, la NASA establecerá una exploración a largo plazo en la Luna en preparación para las misiones humanas a Marte. SLS y la nave espacial Orión de la NASA, junto con el sistema de aterrizaje humano y el Gateway en órbita alrededor de la Luna, son la base de la NASA para la exploración del espacio profundo.
Esta imagen inmensamente detallada muestra el corazón de NGC 1097, una galaxia espiral que se encuentra a 48 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Fornax. Esta imagen revela la complejidad de la red de estrellas y polvo en el centro de NGC 1097, con largos aros de polvo que se aprecian en tono rojo oscuro. La gran cantidad de detalles que se pueden ver en esta imagen vienen dados por los instrumentos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA: la Wide Field Camera 3 (WFC3) y la Advanced Camera for Surveys (ACS).
El hecho de que dos cámaras diferentes puedan tomar una sola imagen, en principio, no es muy intuitivo. Sin embargo, después de profundizar en cómo se componen las bellas imágenes astronómicas, como esta, resulta más obvio. Nuestros ojos pueden detectar ondas de luz en longitudes de onda ópticas de, aproximadamente, entre 380 y 750 nanómetros, utilizando tres tipos de receptores, cada uno de los cuales es sensible a solo una porción de ese rango. Nuestro cerebro interpreta estas longitudes de onda específicas como colores. Por el contrario, una cámara telescópica, como la WFC3 o la ACS, es sensible a una única y amplia gama de longitudes de onda para maximizar la cantidad de luz captada. Las imágenes sin procesar de los telescopios, siempre están en escala de grises y solo muestran la cantidad de luz capturada en todas esas longitudes de onda.
Las imágenes en color de los telescopios se crean con la ayuda de filtros. Al deslizar un filtro sobre la apertura de un instrumento como el WFC3 o el ACS, solo pasa la luz de un rango de longitud de onda muy específico. Uno de esos filtros que se usa en esta imagen es para la luz verde, de alrededor de 550 nanómetros. Esto produce una imagen en escala de grises que muestra solo la cantidad de luz con esa longitud de onda, lo que permite a los astrónomos añadir color al procesar la imagen. Esta imagen multicolor de NGC 1097 se compone de imágenes que utilizan siete filtros diferentes en total.
El cohete del Space Launch System (SLS) de la NASA, con la nave espacial Orión a bordo, está sobre un lanzador móvil en High Bay 3 del Vehicle Assembly Building. En esta imagen, tomada el miércoles 16 de marzo de 2022, el personal de medios instaló cámaras remotas para capturar el primer lanzamiento en el Launch Complex 39B del Kennedy Space Center de la NASA, en Florida. Antes de la prueba de vuelo del Artemis I de la NASA, el cohete SLS completamente apilado e integrado y la nave espacial Orión, se someterán a una prueba general para verificar los sistemas y practicar los procedimientos de la cuenta atrás para el lanzamiento.
