La misión romana de la NASA podría tomar la primera imagen de un mundo similar a Júpiter


El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, ahora en construcción, probará nuevas tecnologías para la búsqueda de planetas desde el espacio. La misión tiene como objetivo fotografiar mundos y discos de polvo alrededor de estrellas cercanas con un detalle hasta mil veces mejor que el que es posible con otros observatorios.

Un coronógrafo que bloquea la mayor parte de la luz de una estrella. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/CI Labs

Roman utilizará su Instrumento Coronógrafo, un sistema de máscaras, prismas, detectores e incluso espejos autoflexibles construidos para bloquear el resplandor de estrellas distantes y revelar los planetas en órbita a su alrededor, para demostrar que las tecnologías de imágenes directas pueden funcionar aún mejor. en el espacio que con telescopios terrestres.

«Podremos obtener imágenes de mundos en luz visible utilizando el coronógrafo romano», dijo Rob Zellem, astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California, quien codirige el plan de calibración de observación para el instrumento. JPL está construyendo el instrumento Coronógrafo 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 un paso gigante a la imagen de planetas como la Tierra».

Un hogar lejos de casa

Los exoplanetas, planetas más allá de nuestro sistema solar, están tan distantes y tenues en relación con sus estrellas anfitrionas que son prácticamente invisibles, incluso para telescopios potentes. Es por eso que casi todos los mundos descubiertos hasta ahora se han encontrado indirectamente a través de los efectos que tienen sobre sus estrellas anfitrionas. Sin embargo, los avances tecnológicos recientes permiten a los astrónomos tomar imágenes de la luz reflejada de los propios planetas.

Analizar los colores de las atmósferas planetarias ayuda a los astrónomos a descubrir de qué están hechas las atmósferas. Esto, a su vez, puede ofrecer pistas sobre los procesos que ocurren en los mundos representados que pueden afectar su 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 instrumento Coronagraph 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, familiar para muchos como el resplandor reflejado bloqueado por 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 puede 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

Los esfuerzos actuales de obtención de imágenes directas se limitan a planetas enormes y brillantes. Estos mundos son típicamente super-Júpiter 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 es más fácil bloquear la luz de la estrella y ver planetas en órbitas más distantes. El Roman Coronógrafo podría complementar las observaciones infrarrojas de otros telescopios al obtener imágenes de super-Júpiter jóvenes en luz visible por primera vez, 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 orbitan 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 orbitan mucho más cerca de sus estrellas anfitrionas que los telescopios actuales. Al fotografiar mundos 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 de instrumentos del Roman Coronógrafo. «El instrumento Coronógrafo 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 simuló recientemente un objetivo prometedor para la imagen de 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 Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y el 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

El Instrumento Coronagraph contendrá varios componentes de última generación que nunca antes han volado 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.

Imagen que ilustra un coronógrafo que bloquea la mayor parte de la luz de una estrella. Crédito: Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/CI Labs Esta animación combina siete imágenes del Observatorio WM Keck en Hawái para mostrar cuatro super-Júpiter orbitando la joven estrella HR 8799. El planeta más cercano está casi tan lejos de su estrella como Urano. del Sol, mientras que el más lejano tiene una órbita incluso mayor que la de Plutón. Roman podrá obtener imágenes directamente de mundos más antiguos y fríos en órbitas más estrechas. Crédito: Jason Wang (Caltech)/Christian Marois (NRC Herzberg)

El Roman Coronógrafo también estará equipado 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 en tierra también pueden 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 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.

Los estudios mencionados fueron publicados en The Astrophysical Journal y The Astronomical Journal.

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