12 mar. 2014

Con un nuevo instrumento superpoderoso, ya se pueden ver los exoplanetas

Tras casi una década de desarrollo, construcción y pruebas, el instrumento más avanzado del mundo para obtener imágenes de forma directa de exoplanetas y para analizar su luz con diversos métodos ya está en servicio.
El instrumento, denominado Gemini Planet Imager (GPI), fue diseñado, construido y optimizado para obtener las débiles imágenes de planetas en órbita a estrellas brillantes. Además, la resolución permite también sondear sus atmósferas principalmente con ayuda de espectrógrafos. El Gemini es también una herramienta poderosa para el estudio de discos de polvo alrededor de estrellas jóvenes denominados discos protoplanetarios. EL GPI es el instrumento más avanzado hasta el momento y fue montado en uno de los mayores telescopios del mundo, el telescopio de 8,1 metros Gemini en el Sur en Chile. 
El Observatorio Gemini posee, entre otros instrumentos más pequeños, dos telescopios gemelos que operan en la parte visible e infrarroja del espectro y tienen un diámetro de 8,1 metros. Se hallan en Hawai y en Chile estando operativos científicamente desde el 1983.

Vista del montaje del Gemini Planet Imager (GPI). 
Crédito: GEMINI Observatory. http://www.gemini.edu/node/12116
El observatorio está conformado por una cooperación internacional cuyos países son EE.UU, Canadá, Gran Bretaña, Brasil, Francia, Argentina, Australia, y Chile como país huésped.
En enero de este año el GPI obtuvo sus primeras imágenes siendo éstas casi un factor de 10 veces mejores que la anterior generación de instrumentos similares. Bruce Macintosh, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, que dirigió el equipo que construyó el instrumento dijo: “En un minuto estamos viendo planetas que solían llevarnos una hora de detección". Cabe aclarar que los métodos para descubrir exoplanetas antes de la instalación de este instrumento son indirectos. Por ejemplo, midiendo las oscilaciones gravitacionales de las estrellas, midiendo las anomalías en las emisiones radiales de los púlsares, analizando las estrellas dobles eclipsantes, analizando la desviación de la luz de estrellas distantes al pasar en las cercanías del “pozo” gravitatorio del planeta, entre varios otros.
El instrumento GPI detecta la radiación infrarroja de planetas recién formados con masas similares a las de Júpiter en órbitas amplias. "Con el GPI”, dice Macintosh, "se obtienen directamente imágenes de exoplanetas y sus características atmosféricas".
El GPI llevó a cabo sus primeras observaciones en noviembre de 2013 y lo continúa haciendo en lo que va del 2014 pasado. Fue un debut libre de problemas para ser un instrumento de extrema complejidad del tamaño de un coche pequeño.

Primera imagen obtenida por el Gemini Planet Imager de Beta Pictoris b, un planeta en órbita alrededor de la estrella Beta Pictoris. Beta Pictoris b es un planeta gigante (varias veces más grande que Júpiter). Estas imágenes en el infrarrojo cercano (1.5 a 1.8 micras) muestran el planeta que brilla intensamente liberado el calor de su formación. La brillante estrella Beta Pictoris se oculta detrás de una máscara en el centro de la imagen.
Crédito de la imagen: Procesamiento por Christian Marois, NRC Canadá.

Las primeras observaciones del GPI se realizaron sobre exoplanetas conocidos con anterioriedad, incluyendo a Beta Pictoris. Allí, el GPI pudo obtener el primer espectro de un exoplaneta, en concreto de Beta Pictoris b. El instrumento también se utiliza en un modo de polarímetro mediante el cual se puede analizar la luz estelar dispersada por pequeñas partículas. De esta manera se descubrió un tenue anillo de polvo que orbita a HR4796A, una estrella muy joven HR4796A. Anteriormente sólo se conocía el borde de este anillo (quizás los restos de la formación de planetas)
Aunque el GPI fue diseñado para observar planetas distantes, también puede mirar hacia objetos en nuestro sistema solar. Las imágenes de prueba que se hicieron en la luna Europa pueden permitir a los científicos trazar cambios en la composición de la superficie del satélite. 
EL GPI pudo ver un exoplaneta tras un minuto de observación sólo una semana después de su puesta en servicio. "Fue una gran emoción", dijo Fredrik Rantakyro científico del Gemini que trabajó en el instrumento. "Imagínese lo que será capaz de hacer una vez que lo ajustemos y lo sintonizar a su máximo rendimiento."
El poder del GPI le permite observar exoplanetas que son un millón de veces más débiles que sus estrellas madre. Haciendo una analogía muy intuitiva, Leslie Saddlemyer, del NRC Herzberg (parte del Consejo Nacional de Investigación de Canadá), dijo: "es como tratar de ver una luciérnaga rodeando una farola a miles de kilómetros de distancia”. Y añade que cada espejo individual dentro del GPI tiene que ser extremadamente liso, con anomalías permitidas de sólo un par de veces el tamaño de un átomo.
"La comunidad entera que busca exoplanetas está muy entusiasmada por el GPI. Éste marcará el comienzo de una nueva era de descubrimientos", dijo el físico y experto en exoplanetas Sara Seager, del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Seager, que no está afiliado con el proyecto añade: "Cada técnica de detección de exoplanetas tiene su apogeo. Primero fue la técnica de la velocidad radial (búsquedas desde tierra). En segundo lugar fue la técnica del tránsito (es decir, el proyecto Kepler). Ahora, es el turno de la técnica de búsqueda de planetas mediante imágenes directas”.
En todo este año 2014, el equipo del GPI iniciará un estudio a gran escala, mirando a 600 estrellas jóvenes para ver qué planetas gigantes orbitan allí. El GPI también estará disponible para toda la comunidad de Astrónomos del Gemini para ser usado en otros proyectos, que van desde estudios de discos protoplanetarios hasta polvo cósmico producido por estrellas que han muerto.
El gran inconveniente del GPI es que observa a través de la turbulenta atmósfera terrestre. Esto le impide ver planetas más pequeños que Júpiter. Sin embargo, cosa totalmente lógica, se están proponiendo tecnologías similares para futuros telescopios espaciales. El día que ello ocurra, seguramente dentro de esta década por venir, los astrónomos estarán en condiciones de ver y medir el espectro de exoplanetas similares a la Tierra.
El instrumento posee lo que se denomina óptica adaptativa, lo que representa un sistema que mide y corrige la turbulencia atmosférica mil veces por segundo.

Post Scriptum


Consultando acerca del último párrafo anterior, Fredrik T Rantakyro, científico del GPI me respondió muy rápido y amablemente: "El logro de corregir 1000 veces por segundo se obtiene mediante una cámara que trabaja a su vez en esos tiempos midiendo previamente las perturbaciones causadas por la atmósfera. También  se requiere de espejos que se pueden deformar con el fin de corregir dicha perturbación de la atmósfera a la misma velocidad con que se registran. El GPI tiene esa cámara rápida y dos espejos que se deforman también en una milésima de segundo. Esto le permite al GPI llegar muy cerca del límite de difracción. Este límite está determinado por el tamaño del espejo principal y la longitud de onda a la que se observa en el vacío. De manera tal que con este instrumento, se está muy cerca de lo que sería mirar como si no hubiera atmósfera de por medio".

Traducción por Mariano Miguel Lanzi de:

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