Aunque la técnica aún no ha sido utilizada para encontrar nuevas expolanets, los investigadores han confirmado la existencia de tres planetas conocidos orbitando una estrella distante.
El primer planeta orbitando otra estrella fue encontrado en 1995 y desde entonces los astrónomos han llegado a descubrir más de 450 de estos cuerpos. La mayoría de los exoplanetas han sido detectados indirectamente, observando su efecto sobre el brillo o el movimiento de sus estrellas madre.
Sin embargo, la mejor manera de determinar la composición química de un exoplaneta, lo que podría decirnos si alberga vida, es analizar el espectro de luz que llega directamente desde el exoplaneta a la Tierra. El problema es que la detección directa es muy difícil usando pequeños telescopios con base en tierra. Hasta ahoras ólo ha sido posible tomar imágenes directas con el Telescopio Espacial Hubble y varios telescopios terrestres de gran tamaño.
El tamaño sí importa
Ahora, sin embargo, Gene Serabyn y sus colegas del Jet Propulsion Laboratory, ubicado cerca de Los Angeles, han ideado una manera de tomar imágenes de exoplanetas usando telescopios mucho más pequeños. De hecho, su medición con un instrumento de 1,5 m de diámetro es tan buena como la de un mucho más grande telescopio de 10 m.
El equipo de Serabyn comenzó por dar nitidez a la imagen de una estrella mediante el uso de óptica adaptativa para remover la mayor parte de la distorsión que se produce cuando la luz estelar pasa a través de la atmósfera de la Tierra. La imagen resultante se compone de un patrón de difracción que incluye un disco central brillante rodeado de círculos concéntricos oscuros y brillantes, una consecuencia inevitable en la luz que pasa a través de la abertura del telescopio.
El problema es que si la estrella tiene un exoplaneta, su imagen será mucho más débil y puede quedar ocultas por este patrón de difracción. De hecho, los astrónomos sólo pueden resolver los exoplanetas que orbitan más allá de una cierta distancia de la estrella, debido a que el brillo del patrón disminuye rápidamente desde su máximo en el centro. Esta distancia es inversamente proporcional al tamaño de la abertura del telescopio, por lo que tienen que ser utilizados instrumentos más grandes.
Sin difracción
Serabyn y sus colegas consiguieron evitar este problema utilizando un “coronógrafo vórtice” (vortex coronagraph), que bloquea la luz de una estrella y elimina gran parte del patrón de difracción de la imagen. Iniciado por miembro del equipo Dimitri Mawet y otros, el coronógrafo vórtice es una pequeña “placa de fase” de vidrio que aplica un desplazamiento espiral de fase a la luz que pasa a través de él. La luz de la estrella se fija en el mismo centro de la placa, lo que significa que la luz de la estrella emerge del otro lado en un ángulo relativamente grande con respecto al eje del telescopio (ver diagrama).
¿Cómo funciona?
Pero como el exoplaneta se encuentra en una posición diferente a la estrella, su luz no está concentrada en el centro mismo de la placa y así surge en un ángulo mucho menor. La luz de la estrella se retira luego con un bloqueador con un agujero central, a través del cual la luz del exoplaneta puede pasar.
El equipo probó su sistema usando el telescopio Hale de 5,1 m de diámetro en Monte Palomar en California. En lugar de utilizar toda la luz recogida por el telescopio, el equipo utilizó una apertura reducida de 1,5 m, ya que esto permite que el sistema de óptica adaptativa ofrezca la mejor imagen posible.
El equipo apuntó el telescopio hacia la estrella HR 8799, que se sabe que tiene tres exoplanetas que habían sido captado directamente en 2008 porChristian Marois y sus colegas del Instituto de Astrofísica Herzberg en Canadá. Marois utilizó un telescopio de 10 metros en el observatorio Keck en Hawai, y pudo ver dentro de una precisión de 440 milisegundos de arco de la estrella.
Utilizando su instalación de 1,5 m, Serabyn y sus colegas también pudieron ver los tres exoplanetas, y tuviero una visión clara a menos de 300 milisegundos de arco de la estrella. Marois, quien no participó en la observación de Palomar, describió el resultado como “notable”, y agregó que “podemos esperar que se hagan grandes cuando tengamos una configuración similar de trabajo óptima en la apertura total de 8 a 10 m en el los próximos años “.
Más telescopios
Una de las ventajas de la técnica es que podría permitir que muchos telescopios más obtengan imágenes directas de los exoplanetas. De hecho, Serabyn considera que podría utilizarse para mejorar los 50 a 100 instrumentos existentes. Además, los telescopios espaciales diseñados para encontrar exoplanetas podrían ser más pequeños, y por lo tanto, más baratos y más fácil de implementar.
“Nuestro objetivo es tomar algún día instantáneas de sistemas solares, mostrando todos los planetas en sus órbitas alrededor de la estrella, y hacer espectroscopía en todos ellos”, le dijo Serabyn a Physicsworld.com. Añadió que el equipo también está hablando con varios grupos de óptica adaptativa en desarrollo de próxima generación sobre la integración de los coronógrafos vórtice.
El equipo regresará a Palomar este verano, donde se llevará a cabo un estudio de las estrellas cercanas en busca de exoplanetas.
El trabajo se describe en Nature 464 1018.
Fuente: Physics World.
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