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El telescopio espacial Nancy Grace Roman montará un coronógrafo que permitirá obtener imágenes en luz visible de exoplanetas gigantes.

La Paleontología tiene que ver últimamente con la Astrofísica. En ambos casos sus expertos tienen muchas veces que mostrar sus descubrimientos a través de las recreaciones que hacen los artistas.

Así, si algún paleontólogo quiere que nos hagamos una idea de cómo eran un bosque del Carbonífero o como era un artrópodo del Cámbrico, encarga a un artista gráfico que haga recreaciones de ellos. Por otro lado, de todos los miles de exoplanetas de los que conocemos su existencia gracias a los métodos de la velocidad radial y de tránsito, no hay ninguno que hayamos visto directamente. Por esta razón tenemos recreaciones, que pueden ser más o menos bonitas o pueden estar basadas más menos en la ciencia, pero no dejan de ser recreaciones artísticas.

Alguien nos puede decir que sí que hemos visto planetas, pero la realidad es que lo único que hemos conseguido visualizar son planetas jovianos recién formados que, al estar calientes, emiten en el infrarrojo. Así que cuando alguno de ellos está muy lejos de su estrella (así es más fácil bloquear la luz de la estrella) y observamos en el infrarrojo hemos podido atisbar algún puntito que se corresponde a un planeta. Técnicamente son planetas, pero no es lo que tenemos en mente cuando hablamos de ver un planeta.

Lo ideal sería ver un planeta de tipo rocoso como la Tierra en la zona de habitabilidad que ya tenga miles de millones de años de edad, pero esto es muy complicado porque al estar relativamente frío no emitiría gran cantidad de luz infrarroja por sí mismo, por lo que nos basaríamos solamente en ver la luz reflejada por el planeta. Además, si está en la zona de habitabilidad de la estrella eso significa que está muy cerca de la misma desde nuestro punto de vista y que es muy complicado poder resolver al planeta y a la estrella. Encima de todo ello, nos veríamos cegados por la luz emitida por la estrella. Sería como ver un mosquito cuando pasa por delante de un faro marino.

Para poder ver algo así tendríamos que usar alguna técnica que tape la luz de la estrella y revele solamente la luz de los planetas que la orbitan. Es lo que se llama un coronógrafo. Hacer esto desde el suelo es aún más difícil porque la separación aparente entre estrella y planeta es menor que las turbulencias que induce la atmósfera terrestre.

Lo ideal es enviar un telescopio con coronógrafo al espacio. Pues bien, aún así todavía no tenemos tecnología para observar un análogo a la Tierra ni siquiera desde el espacio y la humanidad acaba de empezar a desarrollar coronógrafos para este fin.

En algún momento, y si no es cancelado a última hora, la NASA enviará al espacio el telescopio espacial Nancy Grace Roman, que está ahora en construcción. Este telescopio es el que anteriormente se llamaba WFIRST y que se basa en un tubo con espejo donado por lo militares. Al final esa ganga está saliendo muy cara y su presupuesto se ha disparado, poniendo en peligro la misión.

Hace unos días la NASA publicó cómo van los trabajos del coronógrafo que se montará en este telescopio y que permitirá ver en el visible mundos y discos de polvo alrededor de estrellas cercanas con un detalle hasta mil veces mejor que lo que es posible con otros observatorios. Eso sí, los mundos a los que nos referimos sería planetas similares a Júpiter, porque ni siquiera el Nancy Grace Roman y su coronógrafo será capaz de ver planetas análogos a la Tierra.

El coronógrafo que montará este telescopio es un sistema de máscaras, prismas, detectores e incluso espejos autoflexibles construidos para bloquear el resplandor de estrellas distantes y así revelar los planetas en órbita a su alrededor. No se trata de una simple cabeza de alfiler puesta ahí en medio.

La idea detrás de todo esto es demostrar que las tecnologías de obtención de imágenes directas de planetas pueden funcionar y que después se desarrollen otras similares más avanzadas que permitan ver planetas de tipo rocoso.

Según Rob Zellem (JPL) se podrán obtener imágenes de mundos en luz visible utilizando este coronógrafo. Zellem codirige el plan de calibración para este instrumento.

«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», añade.

Tener un imagen directa de un exoplaneta no es solamente algo simbólico y poético, pues si se tiene eso se puede analizar la luz que proviene de ese planeta con un espectrógrafo y saber la composición atmosférica entre otras cosas. Esto, a su vez, puede ofrecer pistas sobre los procesos que ocurren en esos planetas y saber cómo estos procesos pueden afectar a su habitabilidad.

Si en esos planetas hubiera seres vivos, estos modificarían su entorno de formas que podríamos detectar. Así, por ejemplo, estos seres, aunque solo fueran microbios, podrían producir oxígeno y metano que los científicos podrían ver en los espectros. Una mezcla de oxígeno y metano está fuera del equilibrio y su presencia significa que ambos son producidos constantemente. Esta no es la meta de Nancy Roman, pues no podrá revelar la presencia de planetas susceptibles de ser habitables, pero se espera que esta investigación allane el camino para futuras misiones que sí lo hagan.

Si este coronógrafo completa con éxito su etapa de demostración tecnológica, su modo de polarimetría permitirá a los astrónomos obtener imágenes de los discos alrededor de las estrellas en luz polarizada. Los astrónomos podrán entonces utilizar estas imágenes para estudiar los granos de polvo que conforman los discos de acreción alrededor de las estrellas, incluidos sus tamaños, formas y posiblemente propiedades minerales. El telescopio será capaz incluso de revelar estructuras en los discos, como espacios creados por planetas que todavía no vemos. Además logrará que veamos planetas similares a Júpiter.

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. Para hacerlo, los astrónomos deben poder ver planetas más pequeños, más fríos y más tenues que orbitan mucho más cerca de sus estrellas anfitrionas.

«Para obtener imágenes de planetas similares a la Tierra, necesitaremos un rendimiento 10000 veces mejor que el que proporcionan los instrumentos actuales. El 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», dice Vanessa Bailey (JPL).

Recientemente un equipo de científicos simuló un objetivo prometedor para este telescopio espacial llamado Ipsilon 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. Lo que es realmente emocionante es que Roman puede ayudarnos a explorar neblinas y nubes en la atmósfera de Ipsilon Andromedae d e incluso puede actuar como un termómetro planetario al poner restricciones a la temperatura interna del planeta», dice Prabal Saxena (Universidad de Maryland, NASA).

El coronógrafo 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. Este neuvo sistema se basa en las propiedades ondulatorias de la luz, en lugar de usar un simple disco opaco interpuesto.

También estará equipado con espejos deformables con actuadores que ayudan a contrarrestar pequeñas imperfecciones que reducen la calidad de la imagen. El sistema medirá y restará 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 óptica del sistema.

Usando esta tecnología se observará planetas tan débiles que los detectores especiales contarán los fotones de luz individuales uno a uno a medida que lleguen, con segundos o incluso minutos de diferencia. Ningún otro observatorio ha realizado antes este tipo de imágenes en luz visible. Que nadie espere una imagen de un exoplaneta como las recreaciones que normalmente se ve, sino un simple punto.

Pero ver ese punto será un gran paso hacia la meta de descubrir planetas habitables, esos puntos azules pálidos, y posiblemente saber si estamos solos en el Universo o no. Nunca hemos estado tan cerca de algo así. Ya veremos si las circunstancias en la Tierra lo permitirán en el futuro cercano o si se lanzará el observatorio y que más tarde no haya nadie para observar.

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Imagen: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/CI Labs