La búsqueda de planetas más allá de nuestro Sistema Solar ha llevado al descubrimiento de miles de candidatos en las últimas décadas. La mayoría de estos han sido gigantes gaseosos que varían en tamaño desde ser Super-Júpiter hasta planetas del tamaño de Neptuno. Sin embargo, también se ha determinado que varios son de naturaleza "similar a la Tierra", lo que significa que son rocosos y orbitan dentro de las respectivas zonas habitables de sus estrellas.
Desafortunadamente, es difícil determinar cómo podrían ser las condiciones en sus superficies, ya que los astrónomos no pueden estudiar estos planetas directamente. Afortunadamente, un equipo internacional dirigido por el físico de la UC Santa Barbara Benjamin Mazin ha desarrollado un nuevo instrumento conocido como OSCURIDAD. Esta cámara superconductora, que es la más grande y sofisticada del mundo, permitirá a los astrónomos detectar planetas alrededor de estrellas cercanas.
El estudio del equipo que detalla su instrumento, titulado "OSCURIDAD: Un espectrógrafo de campo integral de detector de inductancia cinética de microondas para astronomía de alto contraste", apareció recientemente en el Publicaciones de la Sociedad de Astronomía del Pacífico. El equipo fue dirigido por Benjamin Mazin, el Presidente de Worster en Física Experimental en UCSB, y también incluye miembros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, el Instituto de Tecnología de California, el Laboratorio Nacional de Aceleradores de Fermi y varias universidades.
Esencialmente, es extremadamente difícil para los científicos estudiar los exoplanetas directamente debido a la interferencia causada por sus estrellas. Como explicó Mazin en un reciente comunicado de prensa de UCSB, "Tomar una foto de un exoplaneta es extremadamente desafiante porque la estrella es mucho más brillante que el planeta y el planeta está muy cerca de la estrella". Como tal, los astrónomos a menudo no pueden analizar la luz que se refleja en la atmósfera de un planeta para determinar su composición.
Estos estudios ayudarían a establecer restricciones adicionales sobre si un planeta es potencialmente habitable o no. En la actualidad, los científicos se ven obligados a determinar si un planeta podría soportar la vida en función de su tamaño, masa y distancia de su estrella. Además, se han realizado estudios que han determinado si existe o no agua en la superficie de un planeta en función de cómo su atmósfera pierde hidrógeno en el espacio.
El espectrofotómetro superconductor con resolución de energía de infrarrojo cercano con manchas oscuras (también conocido como DARKNESS), el primer espectrógrafo de campo integral de 10,000 píxeles, busca corregir esto. Junto con un gran telescopio y una óptica adaptativa, utiliza detectores de inductancia cinética de microondas para medir rápidamente la luz proveniente de una estrella distante, luego envía una señal a un espejo de goma que puede adoptar una nueva forma 2,000 veces por segundo.
Los MKID permiten a los astrónomos determinar la energía y el tiempo de llegada de fotones individuales, lo cual es importante cuando se trata de distinguir un planeta de la luz dispersada o refractada. Este proceso también elimina el ruido de lectura y la corriente oscura, las principales fuentes de error en otros instrumentos, y limpia la distorsión atmosférica al suprimir la luz de las estrellas.
Mazin y sus colegas han estado explorando la tecnología MKID durante años a través del Laboratorio Mazin, que forma parte del Departamento de Física de la UCSB. Como explicó Mazin:
“Esta tecnología reducirá el piso de contraste para que podamos detectar planetas más débiles. Esperamos acercarnos al límite de ruido de fotones, lo que nos dará relaciones de contraste cercanas a 10-8, lo que nos permite ver planetas 100 millones de veces más débiles que la estrella. En esos niveles de contraste, podemos ver algunos planetas en luz reflejada, lo que abre un nuevo dominio de planetas para explorar. Lo realmente emocionante es que este es un buscador de tecnología para la próxima generación de telescopios ".
DARKNESS ahora está operativo en el telescopio Hale de 200 pulgadas en el Observatorio Palomar cerca de San Diego, California, donde forma parte del sistema de óptica adaptativa extrema PALM-3000 y el Stellar Double Coronagraph. Durante el último año y medio, el equipo realizó cuatro carreras con la cámara DARKNESS para probar su relación de contraste y asegurarse de que funciona correctamente.
En mayo, el equipo regresará para recopilar más datos sobre planetas cercanos y demostrar su progreso. Si todo va bien, OSCURIDAD se convertirá en la primera de muchas cámaras diseñadas para obtener imágenes de planetas alrededor de estrellas cercanas de tipo M (enana roja), donde se han descubierto muchos planetas rocosos en los últimos años. El ejemplo más notable es Proxima b, que orbita el sistema estelar más cercano al nuestro (Proxima Centauri, aproximadamente a 4.25 años luz de distancia).
"Nuestra esperanza es que algún día podamos construir un instrumento para el telescopio de treinta metros planeado para Mauna Kea en la isla de Hawai o La Palma", dijo Mazin. "Con eso, podremos tomar fotos de planetas en las zonas habitables de estrellas cercanas de baja masa y buscar vida en sus atmósferas. Ese es el objetivo a largo plazo y este es un paso importante hacia ese objetivo ".
Además del estudio de los planetas rocosos cercanos, esta tecnología también permitirá a los astrónomos estudiar los púlsares con mayor detalle y determinar el desplazamiento al rojo de miles de millones de galaxias, lo que permite mediciones más precisas de la velocidad de expansión del Universo. Esto, a su vez, permitirá realizar estudios más detallados sobre cómo ha evolucionado nuestro Universo a lo largo del tiempo y el papel desempeñado por Dark Energy.
Estas y otras tecnologías, como la nave espacial Starshade propuesta por la NASA y el ocultador mDot de Stanford, revolucionarán los estudios de exoplanetas en los próximos años. En combinación con los telescopios de próxima generación, como el Telescopio espacial James Webb y el Satélite de Encuesta Exoplaneta en tránsito (TESS), que se lanzó recientemente: los astrónomos no solo podrán descubrir más en la forma de los exoplanetas, sino que podrán caracterizarlos como nunca antes.
