Un hogar lejos de casa

Los exoplanetas son tan tenues y lejanos que resultan prácticamente invisibles, incluso para los telescopios más potentes. Por ello, casi todos los mundos descubiertos hasta ahora que orbitan otras estrellas han sido detectados de forma indirecta, gracias al efecto que ejercen en su estrella anfitriona. Sin embargo, avances tecnológicos relativamente recientes ahora permiten a los astrónomos obtener imágenes y espectros reales de los exoplanetas.

Los planetas pueden ser miles de millones de veces menos brillantes que sus estrellas anfitrionas, por lo que suelen quedar ocultos por el resplandor. Pero al tapar la luz de la estrella con un coronógrafo o un parasol espacial, los astrónomos pueden obtener imágenes de los planetas más tenues que están en su órbita. Esta técnica funciona mejor con sistemas planetarios jóvenes y cercanos, cuyos planetas son especialmente brillantes.

Al estudiar imágenes reales y espectros de exoplanetas, los astrónomos pueden determinar de qué están compuestas las atmósferas de esos planetas. Esto, a su vez, puede ofrecer pistas sobre los procesos que ocurren en los mundos observados, lo cual podría influir en su habitabilidad. El estudio de las atmósferas de los exoplanetas podría incluso revelar señales de vida, ya que los seres vivos modifican su entorno de formas que podríamos detectar, por ejemplo, mediante la producción de oxígeno o metano.

La observación por imágenes directas de planetas parecidos a la Tierra que orbitan estrellas como nuestro Sol podría ofrecer la mejor vía para comprender cómo se formó y evolucionó nuestro propio sistema solar. Lo que resulta más apasionante aún es que estas tecnologías podrían revelarnos la existencia de una cantidad incalculable de otros mundos potencialmente habitables.

Roman llenará los vacíos

El telescopio Nancy Grace Roman de la NASA tiene como objetivo demostrar que las tecnologías de observación por imágenes directas que han dado buenos resultados con los telescopios terrestres pueden desempeñarse aún mejor en el espacio. La misión de Roman también ampliará las observaciones actuales, las cuales están limitadas principalmente a la luz infrarroja, para captar la luz visible. Esto permitirá a los astrónomos observar por primera vez planetas más fríos por medio de la luz visible que reflejan de sus estrellas anfitrionas, e incluso detectar sus nubes.

El instrumento coronógrafo de Roman supondrá un paso fundamental en el camino hacia el descubrimiento de vida en otros mundos. Los esfuerzos actuales de obtención de imágenes directas se limitan a planetas brillantes y enormes. Estos mundos suelen ser superjúpiteres de menos de cien millones de años de antigüedad, tan jóvenes que todavía resplandecen por el calor residual de su formación, lo que permite detectarlos en luz infrarroja. Además, tienden a estar muy lejos de su estrella anfitriona debido a que es más fácil tapar la luz de la estrella y observar planetas que tienen órbitas más lejanas.

Pero los científicos desearían obtener imágenes directas de planetas similares al nuestro: planetas rocosos del tamaño de la Tierra situados en la zona habitable de estrellas parecidas al Sol, en el rango de distancias orbitales donde podría existir agua líquida en la superficie de un planeta. Para lograrlo, necesitamos ser capaces de observar planetas más pequeños, fríos y tenues que orbitan mucho más cerca de su estrella anfitriona de lo que los telescopios actuales son capaces de detectar.

Roman nos llevará un paso más cerca de esta meta, al observar planetas del tamaño de Júpiter que orbitan estrellas similares al Sol, a una distancia comparable a la que separa a nuestro Júpiter del Sol. La misión podrá obtener imágenes de planetas con edades de hasta varios miles de millones de años —algo que nunca se ha hecho antes—, demostrando así tecnologías que podrían ser utilizadas por futuras misiones a fin de estudiar mundos aún más parecidos a la Tierra. También ofrecerá una forma complementaria de explorar sistemas planetarios mediante la captura de imágenes de los discos tenues de gas y polvo que rodean estrellas cercanas similares al Sol. Incluso, es posible que Roman sea capaz de revelar la estructura de estos discos, tales como las brechas creadas por planetas que no podemos observar.

El instrumento coronógrafo de Roman cuenta con un modo de polarimetría capaz de obtener imágenes de los discos que están alrededor de las estrellas en luz polarizada; a muchos les resultará conocido este efecto si han usado gafas de sol polarizadas para bloquear el reflejo del resplandor del Sol. Los astrónomos utilizarán estas imágenes polarizadas para estudiar los granos de polvo que forman los discos alrededor de las estrellas, analizando aspectos como el tamaño del grano, su forma y, posiblemente, incluso sus propiedades minerales. La combinación de observaciones en luz normal y luz polarizada proporcionará aún más información sobre los discos que rodean las estrellas.

El instrumento coronógrafo también cuenta con un modo de espectroscopía, el cual permitirá a los astrónomos observar la intensidad de la luz emitida en un rango diverso de energías. Los astrónomos no solo podrán ver si un planeta tiene atmósfera, sino también determinar si esta atmósfera contiene metano o posee nubes.

Abriendo una nueva frontera

El instrumento coronógrafo de esta misión contendrá varios componentes de última generación que nunca antes habían sido transportados a bordo de un observatorio espacial. Por ejemplo, utilizará máscaras diseñadas especialmente para bloquear el resplandor de las estrellas anfitrionas, permitiendo al mismo tiempo que se filtre la luz más tenue de los planetas que están en su órbita. Estas máscaras tienen formas innovadoras y complejas que tapan la luz de las estrellas con mayor eficacia que las máscaras tradicionales.

El instrumento coronógrafo también está equipado con espejos deformables, lo cual ayuda a contrarrestar las pequeñas imperfecciones que reducen la calidad de las imágenes. Gracias a estos espejos especiales, las imágenes de Roman revelarán mundos mucho más tenues y cercanos a su estrella anfitriona de lo que podríamos ver de otro modo. Los planetas que observará Roman son tan tenues que el instrumento coronógrafo incluirá detectores especiales para contar fotones de luz por separado a medida que llegan, a intervalos de segundos o incluso minutos. Ningún otro observatorio ha llevado a cabo anteriormente este tipo de obtención de imágenes en luz visible.

Las misiones futuras podrán aprovechar las lecciones que Roman obtenga a lo largo de su misión para desempeñarse aún mejor. La información que proporcione Roman ayudará a estas misiones a buscar vida en planetas similares a la Tierra, aportando un paso fundamental para el descubrimiento de planetas habitables y, posiblemente, para saber si estamos solos en el universo.