septiembre 17, 2021

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¿Cómo buscará exoplanetas el telescopio espacial James Webb?

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Cuando el nuevo telescopio espacial James Webb se ponga en órbita alrededor de nuestro planeta a finales de este año, no será una herramienta más para que los astrónomos exploren el universo. Usando tecnología de espectroscopia de vanguardia, podrá mirar en la oscuridad del espacio y ver objetos distantes con mayor detalle que nunca, mucho más que su predecesor, el Telescopio Espacial Hubble. Revolucionaría nuestra comprensión de los exoplanetas e incluso podría ayudarnos a saber de dónde venimos y en qué otro lugar del universo podría ser habitable.

Para obtener información sobre cómo el telescopio espacial James Webb puede ayudar a estudiar bolas de roca en rotación a billones de millas de distancia (y por qué los astrónomos lo quieren), hablamos con dos investigadores que trabajarán con James Webb: Nestor Espinosa del Space Telescope Science Institute y Antonella Nota de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Salto gigante hacia adelante

En los últimos años, los investigadores han identificado planetas fuera de nuestro sistema solar utilizando telescopios como macho cabrío (Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito) o telescopio espacial kepler. Estos pueden mirar las estrellas más brillantes y ver cambios en su brillo cuando un planeta pasa entre ellos y nosotros usando una técnica llamada método de tránsito. Esta es una hazaña impresionante de observación científica, pero no nos dice mucho sobre cómo se ven esos planetas, solo su tamaño y masa aproximados.

Si queremos saber cómo es el planeta, ¿tiene atmósfera? ¿Lo cual consiste? ¿Hay nubes en el cielo, hay agua allí? Necesitamos mirar con mucho más detalle. Eso es lo que haría Webb, pero es un desafío técnico enorme. Es por eso que la NASA, la Agencia Espacial Europea 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 detectar los detalles más débiles en los rincones muy distantes del universo muy distante, con una precisión soberbia”, explicó Nota.

NASA

Mientras que Hubble solía Obtenga más información sobre exoplanetas, Espinosa dijo: “La vista que te da es demasiado estrecha. Quizás te dé una ventaja”. En comparación, dijo, Webb sería “asombroso”, permitiéndonos ver muchas características a la vez y observar planetas más pequeños. “Nuestro primer cambio será observar los planetas más pequeños con gran detalle”.

El Hubble también trabaja en la longitud de onda de la luz visible y toma fotografías en el rango de luz que podemos ver. Pero James Webb trabajará en la longitud de onda infrarroja, que puede captar diferentes características y mirar a través del polvo opaco, “abriendo una ventana al universo que sería completamente nueva”, dijo Nota.

Hubble y Webb podrán trabajar juntos, recopilando datos complementarios sobre los mismos objetivos. Así que si te gusta Hermosas imágenes del espacio tomadas por HubbleNo se preocupe, esto no desaparecerá. Simplemente obtendremos otra herramienta para una comprensión más profunda.

“James Webb sería revolucionario. Literalmente revolucionario”, dijo Espinosa. “Nos permitiría ver cosas que hemos estado esperando descubrir durante mucho tiempo pero que no hemos tenido la tecnología para verlas, y estoy bastante seguro de que descubrirá cosas en las que no pensamos “.

Actualización de la tecnología Hubble en la década de 1980

El telescopio espacial Hubble flota sobre la Tierra.
Telescopio espacial Hubble de la NASA NASA

Los investigadores han hecho un gran trabajo aprendiendo sobre exoplanetas utilizando las herramientas disponibles actualmente, y hasta ahora han descubierto más de 4.000 exoplanetas. Sin embargo, este campo es muy reciente, ya que los primeros planetas fuera de nuestro sistema solar se identificaron en la década de 1990. Esto 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 Espinosa. “Nada en contra de los 80, me encantan los 80, ¡especialmente la música! -, pero la tecnología ha evolucionado mucho. El tipo de reactivos que teníamos en ese entonces no es nada comparado con el tipo de detectores que tenemos ahora”.

James Webb, por otro lado, fue diseñado con la intención específica de usarlo para caracterizar los exoplanetas, y eso estuvo a la vanguardia de sus principios de diseño. Por ejemplo, cuando Webb apunta a una estrella, apunta a un píxel en particular con una precisión muy alta y no se mueve en absoluto, lo que permite a los investigadores medir con precisión cualquier caída en el brillo que podría dar pistas sobre un planeta en órbita.

Este nivel de precisión le permite a Webb realizar su trabajo más emocionante relacionado con los exoplanetas: averiguar si un exoplaneta tiene una atmósfera y de qué está hecha esa atmósfera. “Los pequeños detalles que importan mucho cuando intentas descubrir las atmósferas de los exoplanetas”, explicó Espinosa.

Explorando exoplanetas usando luz infrarroja

Aunque los investigadores han encontrado algunos Maneras muy creativas a mi Detección de la atmósfera de exoplanetas.No es algo para lo que estén diseñadas las máquinas de hoy. Es por eso que las capacidades web serán tan revolucionarias.

Para profundizar en el universo, Webb tiene cuatro instrumentos que observarán la longitud de onda de la luz infrarroja. Incluyen la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el espectrofotómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec). Luego está el sensor de orientación de precisión / generador de imágenes de infrarrojo cercano y espectrofotómetro sin hendidura (FGS / NIRISS), que, como sugieren sus nombres, buscarán en el rango del infrarrojo cercano. Finalmente, está el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), que mira a través de un amplio rango en el infrarrojo lejano.

Pero estas son herramientas delicadas y requieren un entorno cuidadosamente mantenido para funcionar. Por lo tanto, la tecnología que los rodea también debería ser de vanguardia.

Personas que trabajan en el telescopio espacial James Webb.
NASA

“Webb está equipado con lo último en tecnología sofisticada, desde detectores de infrarrojos sensibles hasta la delgada sombrilla de cinco capas de Kapton del tamaño de una cancha de tenis que protegerá los instrumentos de la radiación solar y permitirá que el telescopio y los detectores alcancen la temperatura fría necesaria para observaciones infrarrojas “, dijo Nota.

También notó los detalles más finos de los dispositivos, como la matriz de microobturadores de NIRSpec, una colección de pequeñas ventanas cerradas del tamaño de unos pocos cabellos humanos. Esto permitirá que la herramienta controle cientos de cosas al mismo tiempo. “Es una novedad absoluta en la astronomía espacial, donde la espectroscopia se realiza tradicionalmente un objeto a la vez”, dijo Nota.

Entender de donde venimos

El impulso de averiguar si un planeta distante tiene una atmósfera no es solo un florecimiento científico o una curiosidad ociosa sobre cómo son estos lugares distantes. En cambio, es necesario comprender cómo se forman los planetas, incluido el nuestro.

Cuando se trata de comprender cómo se formó nuestro sistema solar, los investigadores ejecutan modelos e intentan averiguar cómo podríamos terminar formando los planetas que vemos. “Pero actualmente tenemos un tamaño de muestra de uno”, anotó Espinosa. “Nuestro sistema solar. Eso es todo. Ahora estamos en una era en la que podemos observar las composiciones de otros sistemas solares. Y cómo los planetas determinan su composición química”.

Entonces, cuando miramos la atmósfera de un exoplaneta distante, aprendemos cómo se veía. A partir de eso, podemos formarnos una imagen de cómo se forman los planetas y los sistemas solares en función de más estados como los de nuestro patio trasero. “Entonces, obtener estas pistas sobre las huellas digitales de composición en estos exoplanetas a través de la química que observamos en su atmósfera es muy fundamental para que entendamos cómo llegaron a existir y, por lo tanto, cómo llegamos a ser”, dijo.

La búsqueda de la habitabilidad

El concepto de este artista describe los siete exoplanetas rocosos dentro del sistema TRAPPIST-1, ubicado a 40 años luz de la Tierra.  Los astrónomos observarán estos mundos utilizando Webb en un esfuerzo por descubrir la primera atmósfera de un planeta del tamaño de la Tierra fuera de nuestro sistema solar.
El concepto de este artista describe los siete exoplanetas rocosos dentro del sistema TRAPPIST-1, ubicado a 40 años luz de la Tierra. Los astrónomos observarán estos mundos utilizando Webb en un esfuerzo por descubrir la primera atmósfera de un planeta del tamaño de la Tierra fuera de nuestro sistema solar. NASA y Laboratorio de Propulsión a Chorro / Caltech

Quizás la razón más emocionante para observar las atmósferas de los exoplanetas es comprender otros lugares del universo donde la vida puede prosperar. “Una de las principales preguntas que estudiará Webb es el origen de la vida”, dijo Nota. “Hay enormes tipos de mundos exteriores, más de los que podríamos haber imaginado. Hay planetas gaseosos del tamaño de Júpiter orbitando cerca de su estrella, y” gigantes rocosos “y” Neptunos cálidos “. Algunos de estos pueden tener las condiciones de temperatura adecuadas y las condiciones adecuadas. maquillaje para la vida del anfitrión “.

Pero para determinar si un planeta es habitable, dice 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 similar a la Tierra. Pero Venus y Marte tienen tamaños y masas aproximadamente similares a la Tierra, y tienen atmósferas que son muy inhóspitas para nuestra forma de vida. “¡Venus es el peor lugar para ir de vacaciones!” Con su presión colosal y su atmósfera tóxica llena de dióxido de carbono, bromeó. Marte no es mucho mejor, ya que su atmósfera extremadamente delgada e irrespirable es solo el 1% de la densidad de la atmósfera de la Tierra.

Entonces necesitamos conocer las atmósferas para saber si un planeta es habitable. Más importante aún, para obtener una estimación de cuántos planetas habitables podría haber, necesitamos saber qué tipos de atmósferas son típicas de planetas de un tamaño como el nuestro. “¿Cuál es la atmósfera más común que forma la naturaleza?” preguntó Espinosa. “Podría ser similar a Venus o Marte, y la Tierra está muy lejos”. O podrían ser atmósferas típicas de la Tierra, y la cantidad de planetas potencialmente habitables es grande.

Acceso a lo desconocido

Webb no solo observará exoplanetas. Llevará a cabo una amplia gama de investigaciones, desde observar las primeras etapas del universo hasta ver la formación de las primeras galaxias, hasta ver cómo nacen las estrellas a partir del polvo y el gas. con El primer año de operaciones científicas planificadas, solo estamos eliminando la superficie para lo que se puede usar esta nueva herramienta. Tendremos que esperar y ver qué otras maravillas astronómicas podrá desentrañar.

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

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