¿El último método de la NASA para cazar exoplanetas? reclutando aficionados
De todos los grandes y ambiciosos objetivos de la astronomía en este momento, uno de los más emocionantes es el descubrimiento y caracterización de exoplanetas, o planetas fuera de nuestro sistema solar. Sabemos que es probable que haya tantos exoplanetas como estrellas en el universo, y que este número casi con certeza incluye algunos planetas que son como la Tierra. De hecho, apenas estamos comenzando a rascar la superficie para descubrir estos extraños y nuevos mundos
Los astrónomos tienen herramientas como el telescopio espacial James Webb de vanguardia para ayudarlos a identificar exoplanetas y observar sus atmósferas, pero solo hay mucho tiempo de observación disponible en estos grandes y famosos telescopios. Entonces, para ayudar a encontrar nuevos exoplanetas, la NASA está recurriendo a un recurso infrautilizado: los científicos ciudadanos.
Un programa de la NASA recientemente ampliado llamado Exoplanet Watch invita al público a ayudar a observar exoplanetas utilizando los mismos métodos de análisis de datos que utilizan los profesionales. Para conocer cómo funciona y el potencial de descubrimiento con este enfoque, hablamos con Rob Zellem del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, astrofísico y creador del programa Exoplanet Watch.
Ojos aficionados en el cielo
Dado que ahora hay más de 5000 exoplanetas conocidos, se podría pensar que estos planetas son fáciles de observar. Pero ese no es el caso. La mayoría de los exoplanetas son imposibles de observar directamente porque son mucho más pequeños y tenues que las estrellas alrededor de las cuales orbitan. Entonces, los astrónomos aficionados, al igual que los profesionales, confían en las observaciones indirectas para saber que hay un planeta allí.
El enfoque principal de Exoplanet Watch es observar un tipo de planeta llamado Júpiter caliente, "grandes planetas alrededor de estrellas brillantes", como los describe Zellem, y observar sus tránsitos. Un tránsito ocurre cuando uno de los planetas pasa entre nosotros y su estrella anfitriona, lo que hace que la luz de la estrella anfitriona se atenúe temporalmente. Al observar el momento exacto y la cantidad de esta caída en el brillo, los astrónomos pueden determinar qué tan grande es el planeta y qué tan lejos orbita de su estrella.
Este es el mismo método utilizado por muchos telescopios profesionales de caza de exoplanetas, como el Satélite de sondeo de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA o el Satélite de caracterización ExOPlanet de la Agencia Espacial Europea (CHEOPS). Ambos son telescopios basados en el espacio, lo que significa que obtienen una excelente vista del espacio sin obstrucciones por la atmósfera de la Tierra, pero el tiempo de observación en ellos es extremadamente limitado.
Otros telescopios profesionales terrestres también observan exoplanetas, pero se enfrentan a un obstáculo grande e impredecible: el clima. Si hay cielos nublados sobre un observatorio, se perderán las observaciones de toda una noche, algo con lo que todo astrónomo profesional se ha enfrentado. “Hay muchas noches que perdí personalmente en el suroeste de los Estados Unidos, o Mauna Kea en Hawai'i, debido al clima”, dijo Zellem. “Ese es el riesgo que corres al obtener tiempo en cualquier observatorio profesional al azar”.
Exoplanet Watch, sin embargo, es una red de astrónomos aficionados de todo el mundo. Al tener observadores tomando lecturas de tantos lugares diferentes, se mitigan los efectos del clima. Incluso si está nublado en un lugar, los observadores en otros lugares pueden tener una vista clara.
Trabajando juntos en todo el mundo
La red también permite la observación de exoplanetas que serían imposibles de observar para un solo usuario. Un exoplaneta gigante gaseoso llamado HD 80606 b , por ejemplo, tarda más de 12 horas en transitar su estrella. Los astrónomos necesitan no solo observar la duración completa de este tránsito, sino que también deben tomar observaciones antes y después del tránsito para usarlas como referencia, y simplemente no hay una noche lo suficientemente larga para observar el tiempo completo en cualquier lugar del planeta que no sea los polos extremos.
En diciembre de 2021, los miembros de Exoplanet Watch trabajaron juntos para observar este tránsito completo de principio a fin, comenzando con los usuarios en el este de Asia, quienes luego entregaron las observaciones a los de India, luego a Europa, luego a América del Norte, antes de volver a los usuarios en Japón.
Los datos de todos estos observadores que abarcan 24 horas se reunieron para obtener los datos equivalentes a un telescopio conectado a un globo que flota alrededor del mundo y observa a medida que avanza.
Facilitar las observaciones de otros.
Zellem y otros miembros del equipo de Exoplanet Watch están ansiosos por garantizar que se reconozcan las contribuciones de los astrónomos aficionados que trabajan en el proyecto, y muchos han sido destacados como autores principales en publicaciones académicas sobre su trabajo. Pero gran parte del trabajo realizado por el proyecto no se trata de titulares llamativos como el descubrimiento de nuevos exoplanetas; en cambio, se trata de personas que donan desinteresadamente su tiempo y esfuerzo para permitir que los grandes descubrimientos científicos se realicen de manera más eficiente.
Tome el Telescopio Espacial James Webb. Este telescopio fenomenalmente poderoso no solo puede identificar exoplanetas, sino que también puede observar sus atmósferas, algo que prácticamente ninguna otra herramienta en astronomía puede hacer. Pero hay un número limitado de horas en un día, y el tiempo de observación es muy valorado.
“Tuvimos astrónomos profesionales que se nos acercaron y nos dijeron: 'Oye, hay un objetivo que quiero observar en los próximos meses con James Webb, ¿puedes ayudarnos a observar este objetivo y refinar el tiempo?'”, dijo Zellam.
Luego, los astrónomos aficionados de Exoplanet Watch trabajan para encontrar las restricciones en los tiempos de tránsito de los exoplanetas, de modo que cuando Webb haga sus observaciones, tenga la mejor oportunidad posible de ver el tránsito y obtener la mayor cantidad de información posible sobre el objetivo.
“Donde entra Exoplanet Watch es haciendo esta investigación previa u observaciones previas. Estamos ayudando a refinar los tiempos para que podamos usar a James Webb de manera más eficiente y, con suerte, sacarle mucha más ciencia”, explicó Zellem.
Telescopios en el ático
Muchas de las personas que han contribuido con Exoplanet Watch hasta ahora son astrónomos aficionados serios que han pasado años construyendo telescopios impresionantes y tienen mucha experiencia en la observación de exoplanetas. Pero ese nivel de compromiso y equipo no es necesario en absoluto, y Zellem y el equipo dan la bienvenida a cualquiera que esté interesado en observar para unirse a ellos.
El telescopio más pequeño utilizado en las observaciones hasta ahora mide solo 3,5 pulgadas, que es un tamaño típico para un pequeño telescopio de inicio. Debido a que la mayoría de las observaciones están hechas de objetos brillantes, los telescopios domésticos muy potentes no son esenciales.
“No se necesita un telescopio muy grande para hacer estas observaciones”, dijo Zellem. "En realidad, puedes usar muchos telescopios que la gente podría tener en sus áticos, garajes o almacenes".
Es útil para los observadores tener una cámara digital para conectar a su telescopio para registrar sus observaciones y un mecanismo de seguimiento para ayudar a seguir un objetivo a medida que se mueve por el cielo. Pero la barrera de entrada al proyecto es más baja de lo que imaginas.
Y para aquellos que están preocupados por cometer un error y estropear los datos, Zellam dice que una de las ventajas de tener varios usuarios es que los datos se pueden comparar con otras observaciones: "Si tiene un usuario que accidentalmente comete un error o usa el valores al interpretar sus datos, esos datos pueden ser eliminados por el grupo más grande de observadores”.
Contribuyendo sin telescopio
Incluso aquellos que no tienen acceso a un telescopio pueden participar en el proyecto Exoplanet Watch. Una segunda rama del proyecto, además de las observaciones, es el análisis de datos. El proyecto tiene acceso a datos de archivo que incluyen 10 años de datos de un telescopio robótico de 6 pulgadas, llamado observatorio autónomo, ubicado en Tucson, Arizona, que ha sido donado por un grupo llamado DIY Planet Search .
En este conjunto de datos, hay más de 2000 curvas de luz que podrían ser indicativas de un tránsito de exoplanetas, y se invita al público a ayudar con este análisis de datos. Sin embargo, algo especial acerca de este proyecto es que no es un tipo simplificado de análisis o clasificación de datos, como se ve en otros proyectos de ciencia ciudadana como los de Zooniverse . En cambio, los científicos ciudadanos pueden usar exactamente el mismo programa de procesamiento de datos que usan los profesionales de la NASA.
Los astrónomos profesionales de la NASA ya habían pasado una década desarrollando y utilizando una herramienta de análisis de datos llamada Exotic, que fue optimizada para ser lo más precisa y útil posible para la investigación de exoplanetas. “Y se hizo muy evidente que la mejor manera de asegurarse de que nuestros usuarios obtuvieran buenos resultados con sus datos era permitirles usar exactamente la misma herramienta de datos”, dijo Zellem.
La herramienta se ha subido a la nube para facilitar el acceso incluso desde un teléfono móvil, por lo que ahora cualquiera que tenga el tiempo y el interés puede aprender a procesar datos de exoplanetas utilizando las mismas herramientas que los profesionales. Pasan por cada paso, desde tomar datos sin procesar de un telescopio hasta determinar las características de un exoplaneta observado.
Inspirando a la próxima generación
Obtener ayuda con las observaciones y el análisis de datos es crucial para los astrónomos profesionales, pero el proyecto también tiene como objetivo atraer a más personas al campo.
“Como proyecto de ciencia ciudadana, tenemos objetivos científicos, pero también objetivos educativos”, dijo Zellem, “para inspirar a la próxima generación de estudiantes de STEM, gente que, con suerte, podría dedicarse a la astronomía”.
Eso incluye involucrar a la apasionada y capaz comunidad de aficionados a la astronomía, pero también involucra traer nuevas personas que podrían haber tenido poca o ninguna experiencia con este tipo de ciencia antes.
“Estamos involucrando a personas que nunca han tomado imágenes de exoplanetas, nunca han hecho astrofotografía o incluso han mirado a través de un telescopio”, dijo Zellem. Los miembros del grupo con más experiencia están enseñando y guiando a los miembros más nuevos en el grupo de Slack del proyecto, apoyándose unos a otros y ayudándolos a aprender. “Es un gran grupo de personas, y estoy muy orgulloso de ellos”.
Una era dorada de la investigación de exoplanetas
El proyecto Exoplanet Watch se expande continuamente, con nuevas fuentes de datos que se agregan constantemente al grupo, por lo que siempre hay algo nuevo en lo que la gente puede trabajar. Pero Zellem quiere expandirlo aún más, superando los límites de lo que se puede observar con telescopios más pequeños.
Un plan es ver si suficientes telescopios pequeños trabajando en concierto pueden observar planetas más pequeños, como los llamados súper-Tierras. Otro objetivo a largo plazo es realizar más observaciones de estrellas anfitrionas en un proceso llamado monitoreo de variabilidad estelar, que puede ayudar con mediciones más precisas de los tránsitos de exoplanetas.
Con el descubrimiento de más exoplanetas cada mes, el potencial para que los astrónomos profesionales y aficionados hagan descubrimientos es ilimitado.
“Realmente se siente como si estuviéramos en la era dorada de la investigación de exoplanetas, y es increíble y muy divertido poder trabajar en este campo”, dijo Zellam. “Y realmente creo que la ciencia ciudadana seguirá siendo una gran parte de esto”.