El telescopio espacial James Webb está a punto de potenciar nuestra búsqueda de exoplanetas

Cuando el telescopio espacial James Webb recién lanzado se despliegue por completo y esté en línea, no será una herramienta más para que los astrónomos exploren el universo. Con su tecnología de espectroscopia de vanguardia, podrá mirar hacia la oscuridad del espacio y ver objetos distantes con más detalle que nunca, mucho más que su predecesor, el Telescopio Espacial Hubble. Va a revolucionar nuestra comprensión de los exoplanetas, e incluso podría ayudarnos a aprender de dónde venimos y en qué otro lugar del universo podría ser habitable.

Para conocer cómo nos ayudará el telescopio espacial James Webb a estudiar las bolas giratorias de rocas a miles de millones de millas de distancia (y por qué los astrónomos quieren hacerlo), hablamos con dos investigadores que trabajarán con James Webb después del despliegue: Néstor Espinoza del Space Telescope Science Institute y Antonella Nota de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Un gran paso adelante

En los últimos años, los investigadores han identificado planetas fuera de nuestro sistema solar utilizando telescopios como TESS (el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito) o el telescopio espacial Kepler . Estos pueden mirar las estrellas más brillantes y ver cambios en su brillo cuando un planeta pasa entre ellas y nosotros usando una técnica llamada método de tránsito . Esta es una hazaña impresionante de observación científica, pero no nos dice mucho sobre cómo son esos planetas, solo su tamaño aproximado y ocasionalmente su masa.

Si queremos saber cómo es un planeta, ¿tiene atmósfera? de que esta compuesto ¿Hay nubes en el cielo? ¿Hay agua ahí? – Necesitamos mirar con mucho, mucho mayor detalle. Eso es lo que va a hacer Webb, pero es un desafío técnico enorme. Es por eso que la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense (CSA) están trabajando juntas en este proyecto.

“Webb es cien veces más sensible que Hubble, y debido a eso, Webb podrá revelar los detalles más tenues en los rincones más lejanos del universo muy distante, con una resolución exquisita”, explicó Nota.

Si bien el Hubble se ha utilizado para aprender más sobre exoplanetas, Espinoza dijo, “la vista que te da es muy limitada. Te da una característica, tal vez ". En comparación, dijo, Webb será "alucinante", lo que nos permitirá ver varias características a la vez y observar planetas más pequeños. "Va a ser nuestro primer cambio para observar los planetas más pequeños con gran detalle".

El Hubble también trabaja en la longitud de onda de la luz visible, capturando imágenes en el rango de luz que podemos ver. Pero James Webb trabajará en la longitud de onda infrarroja, que puede detectar diferentes características y mirar a través del polvo oscuro, "abriendo una ventana al universo que será completamente nuevo", como dijo Nota.

Hubble y Webb podrán trabajar juntos, recopilando datos complementarios sobre los mismos objetivos. Entonces, si te encantan las hermosas imágenes del espacio capturadas por Hubble , no te preocupes, estas no desaparecerán. Simplemente obtendremos otra herramienta para una comprensión aún más profunda.

“James Webb va a ser revolucionario. Literalmente revolucionario ”, dijo Espinoza. "Nos permitirá ver cosas que esperábamos detectar durante mucho tiempo, pero que no hemos tenido la tecnología para verlas, y estoy bastante seguro de que detectará cosas en las que no estamos pensando".

Actualización de la tecnología de Hubble en la década de 1980

Los investigadores han hecho un trabajo notable al encontrar y aprender sobre exoplanetas utilizando los instrumentos disponibles actualmente, descubriendo más de 4.000 exoplanetas hasta ahora. Sin embargo, este campo es muy reciente, ya que los primeros planetas fuera de nuestro sistema solar se identificaron en la década de 1990. Eso significa que muchos instrumentos de la generación actual, como el Hubble, nunca se diseñaron teniendo en cuenta los estudios de exoplanetas.

“Hubble es tecnología de los 80”, dijo Espinoza. “Nada en contra de los 80, me encantan los 80, ¡especialmente la música! – pero la tecnología ha evolucionado muchísimo. El tipo de detectores que teníamos en ese entonces no es nada comparado con el tipo de detectores que tenemos ahora ".

James Webb, por otro lado, ha sido diseñado con la intención específica de ser utilizado para la caracterización de exoplanetas, y ha estado a la vanguardia de sus principios de diseño. Por ejemplo, cuando Webb apunta a una estrella, apuntará a un píxel en particular con una precisión muy alta y no se moverá en absoluto, lo que permitirá a los investigadores medir con mucha precisión cualquier caída en el brillo que podría dar pistas sobre un planeta en órbita. .

Este nivel de precisión permite a Webb realizar su función más emocionante relacionada con los exoplanetas: detectar si un exoplaneta tiene una atmósfera y de qué está compuesta esa atmósfera. “Los pequeños detalles que importan muchísimo cuando intentas detectar atmósferas de exoplanetas”, explicó Espinoza.

Investigando exoplanetas usando luz infrarroja

Aunque los investigadores han encontrado algunas formas muy creativas de detectar atmósferas de exoplanetas , no es algo para lo que los instrumentos actuales fueron diseñados. Es por eso que las capacidades de Webb serán tan revolucionarias.

Para mirar hacia el universo, Webb tiene cuatro instrumentos que mirarán en la longitud de onda infrarroja. Incluyen la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec). Luego está el sensor de guía fina / generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija (FGS / NIRISS), que, como sugieren sus nombres, se verán en la banda del infrarrojo cercano. Finalmente, está el Instrumento de infrarrojo medio (MIRI), que mira a través de un amplio rango en el infrarrojo lejano.

Pero estos son instrumentos sensibles y requieren un entorno cuidadosamente mantenido para funcionar. Por lo tanto, la tecnología que los rodea también debe ser de vanguardia.

“Webb está al borde de la tecnología nueva y compleja, desde los sensibles detectores de infrarrojos hasta el parasol Kapton delgado de cinco capas del tamaño de una cancha de tenis que protegerá la instrumentación de la radiación solar y permitirá que el telescopio y los detectores alcanzar la temperatura fría necesaria para observar en el infrarrojo ”, dijo Nota.

También señaló los finos detalles de los instrumentos, como la matriz de microobturadores de NIRSpec, que es un conjunto de pequeñas ventanas con contraventanas del tamaño de unos pocos cabellos humanos. Esto permitirá que el instrumento observe cientos de objetos al mismo tiempo. "Una primicia absoluta en la astronomía espacial, donde la espectroscopia se realiza tradicionalmente un objeto a la vez", dijo Nota.

Entendiendo de donde venimos

El ímpetu para ver si un planeta distante tiene una atmósfera no es solo un florecimiento científico o una curiosidad ociosa sobre cómo son estos lugares lejanos. Más bien, es clave para comprender cómo se crean los planetas, incluido el nuestro.

Cuando se trata de comprender cómo se formó nuestro sistema solar, los investigadores ejecutan modelos e intentan ver cómo podríamos haber terminado con la composición de los planetas que vemos. “Pero actualmente tenemos un tamaño de muestra de uno”, señaló Espinoza. "Nuestro sistema solar. Eso es. Ahora estamos en una era en la que podemos observar las composiciones de otros sistemas solares. Y cómo se forman los planetas define su composición química ".

Entonces, cuando miramos la atmósfera de un exoplaneta distante, aprendemos cómo llegó a ser. Y a partir de eso, podemos construir una imagen de cómo se forman los planetas y los sistemas solares en base a más casos que solo el de nuestro patio trasero. “Entonces, obtener estos indicios de firmas de formación en estos exoplanetas a través de la química que observamos en sus atmósferas es absolutamente fundamental para que entendamos cómo llegaron a ser y, por lo tanto, cómo llegamos a ser”, dijo.

Buscando habitabilidad

Quizás la razón más emocionante para observar las atmósferas de exoplanetas es comprender en qué otro lugar del universo podría florecer la vida. “Una de las cuestiones clave que estudiará Webb es el origen de la vida”, dijo Nota. “Hay una enorme variedad de exo-mundos, más de los que podríamos haber imaginado. Hay planetas gaseosos del tamaño de Júpiter que orbitan muy cerca de su estrella, enormes "super-Tierras" rocosas y "Neptunos cálidos". Algunos de estos pueden tener las condiciones adecuadas de temperatura y la composición adecuada para albergar la vida ".

Pero para determinar si un planeta es habitable, dijo Espinoza, no basta con conocer su tamaño y masa. Después de todo, cuando encontramos un planeta del tamaño de la Tierra y con una masa similar, la gente suele asumir que será un lugar parecido a la Tierra. Pero Venus y Marte son de tamaños y masas aproximadamente similares a la Tierra, y tienen atmósferas que son extremadamente inhóspitas para nuestra forma de vida. "¡Venus es el peor lugar para ir de vacaciones!" bromeó, con su inmensa presión y su atmósfera tóxica llena de dióxido de carbono. Marte no es mucho mejor, con su atmósfera extremadamente delgada e irrespirable que es solo el 1% de la densidad de nuestra atmósfera en la Tierra.

Por tanto, necesitamos conocer las atmósferas para saber si un planeta individual es habitable. Y lo que es aún más importante, para obtener una estimación de cuántos planetas habitables podría haber, necesitamos saber qué tipos de atmósferas son típicas de planetas de tamaño como el nuestro. "¿Cuál es la atmósfera más común que forma la naturaleza?" Preguntó Espinoza. "Podría ser similar a Venus o Marte, y la Tierra es un valor atípico". O podría ser que las atmósferas similares a la Tierra son típicas y la cantidad de planetas potencialmente habitables es enorme.

Alcanzando lo desconocido

Webb no solo buscará exoplanetas. Llevará a cabo una amplia gama de investigaciones, desde mirar hacia atrás en las primeras fases del universo para ver la formación de las primeras galaxias, hasta observar cómo nacen las estrellas a partir de los remolinos de polvo y gas. Con su primer año de operaciones científicas planificado , solo estamos raspando la superficie de para qué podría usarse esta nueva herramienta. Tendremos que esperar y ver qué otras maravillas astronómicas podrá desentrañar.

“Creo que el mayor descubrimiento será el que nadie espera”, dijo Nota. “El que cambiará la forma en que vemos el universo, el que definirá, quizás de una vez por todas, cuál es nuestro lugar en el universo”.