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A principios de agosto, científicos e ingenieros se reunieron en el Instituto Tecnológico de California para discutir cómo construir el primer telescopio espacial capaz de detectar vida en planetas parecidos a la Tierra. El concepto de misión propuesto, llamado Observatorio de Mundos Habitables (HWO, por sus siglas en inglés), sería el próximo observatorio astrofísico poderoso después del Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Tendría la capacidad de estudiar estrellas, galaxias y una serie de otros objetos cósmicos, incluidos planetas fuera de nuestro sistema solar, que se conocen como exoplanetas. Aunque encontrar vida en exoplanetas tal vez sea una posibilidad remota, en la reunión de expertos se evaluó la tecnología que necesita HWO para buscar vida en otros lugares.

«Antes de que podamos diseñar la misión, necesitamos desarrollar las tecnologías clave tanto como sea posible. Estamos en una fase de maduración tecnológica. La idea es seguir avanzando en las tecnologías que permitirán al Observatorio de Mundos Habitables ofrecer su ciencia revolucionaria minimizando los riesgos de sobrecostos», dijo Dimitri Mawet, miembro del Grupo de Evaluación Técnica de HWO.

Propuesto por primera vez como parte de la Encuesta Decenal sobre Astronomía y Astrofísica 2020 (Astro2020) de la Academia Nacional de Ciencias, HWO finalmente se lanzaría a finales de la década de 2030 o a principios de la de 2040. El trabajo de la misión se dividiría entre astrofísica general y estudios de exoplanetas.

«El Decadal Survey recomendó esta misión como su máxima prioridad debido a las capacidades transformadoras para la astrofísica, junto con su capacidad para comprender sistemas solares completos fuera del nuestro», dijo Fiona Harrison, una de las dos presidentas del informe decenal Astro2020.

LAS TECNOLOGÍAS QUE NECESITA EL OBSERVATORIO DE MUNDOS HABITABLES

La capacidad del telescopio espacial para caracterizar las atmósferas de exoplanetas y, por tanto, buscar señales que puedan indicar vida extraterrestre, depende de tecnologías que bloqueen el resplandor de una estrella distante. Hay dos formas de hacerlo: con una pequeña máscara interna al telescopio, conocida como coronógrafo, o con una máscara grande externa al telescopio, conocida como starshade.

En ambos casos, la luz de las estrellas se bloquea de modo que se revela la tenue luz estelar reflejada en un planeta cercano. El proceso es similar a levantar la mano para bloquear el Sol mientras tomas una foto de tus amigos. Al capturar directamente la luz de un planeta, los investigadores pueden utilizar otros instrumentos llamados espectrómetros para examinar esa luz en busca de firmas químicas. Si hay vida presente en un planeta que orbita una estrella distante, entonces las inhalaciones y exhalaciones colectivas de esa vida podrían ser detectables en forma de firmas biológicas.

«Estimamos que sólo en nuestra galaxia hay varios miles de millones de planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable. Queremos sondear las atmósferas de estos exoplanetas para buscar oxígeno, metano, vapor de agua y otras sustancias químicas que puedan indicar la presencia de vida. No veremos pequeños hombrecitos verdes, sino firmas espectrales de estas sustancias químicas clave o lo que llamamos biofirmas», dijo Nick Siegler, tecnólogo jefe del Programa de Exploración de Exoplanetas de la NASA.

Según Siegler, la NASA ha decidido centrarse en la ruta del coronógrafo para el concepto HWO, aprovechando las recientes inversiones en el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA, que utilizará un coronógrafo avanzado para obtener imágenes de exoplanetas gigantes gaseosos. Hoy en día, los coronógrafos se utilizan en varios otros telescopios, incluido el Hubble.

Obtener imágenes directas de un planeta Tierra gemelo, donde es más probable que florezca la vida tal como la conocemos, requerirá un refinamiento masivo de las tecnologías actuales. Los planetas como la Tierra, que orbitan alrededor de estrellas similares al Sol en la zona habitable, se pierden fácilmente en el resplandor de sus estrellas. Nuestro propio Sol, por ejemplo, eclipsa la luz de la Tierra 10 mil millones de veces. Para que un coronógrafo alcance este nivel de supresión de la luz estelar, los investigadores tendrán que llevar sus tecnologías al límite.

Los participantes del taller discutieron una técnica de coronógrafo que implica controlar ondas de luz con un espejo deformable ultrapreciso dentro del instrumento. Si bien los coronógrafos pueden bloquear gran parte de la luz de una estrella, la luz dispersa todavía puede llegar a la imagen final, apareciendo como motas. Utilizando miles de actuadores que empujan y tiran de la superficie reflectante del espejo deformable, los investigadores pueden cancelar las manchas de luz estelar residual.

El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman será el primero en utilizar este tipo de coronógrafo, que se denomina «activo» porque su espejo se deformará activamente. Después de más pruebas, el coronógrafo romano finalmente se integrará en el telescopio final del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA y se lanzará al espacio a más tardar el 2027. El instrumento coronógrafo romano permitirá a los astrónomos tomar imágenes de exoplanetas posiblemente hasta mil millones de veces más débiles que sus estrellas. Esto incluye gigantes gaseosos, así como discos de escombros que quedaron del proceso de formación de planetas.

«El instrumento coronógrafo romano es el siguiente paso de la NASA en el camino hacia la búsqueda de vida fuera de nuestro sistema solar. La brecha de rendimiento entre los telescopios actuales y el Observatorio de los Mundos Habitables es demasiado grande. El propósito del Instrumento Coronógrafo Romano es ser ese trampolín intermedio. Demostrará varias de las tecnologías necesarias, incluidas máscaras de coronógrafo y espejos deformables, a niveles de rendimiento nunca antes alcanzados fuera del laboratorio», dijo Vanessa Bailey, tecnóloga de instrumentos del coronógrafo romano en el JPL.

La búsqueda de imágenes directas de un gemelo de la Tierra alrededor de una estrella similar al Sol implicará impulsar aún más la tecnología detrás del coronógrafo de Roman. «Necesitamos deformar los espejos con una precisión de un picómetro. Tendremos que suprimir la luz de las estrellas en otro factor de aproximadamente 100 en comparación con el coronógrafo de Roman. El taller nos ayudó a determinar dónde están las lagunas en nuestra tecnología y dónde debemos desarrollar más en la próxima década», explicó Dimitri Mawet.

En tanto, a medida que la tecnología avanza, otros científicos tienen sus ojos puestos en las estrellas en busca de planetas similares a la Tierra que el HWO podría fotografiar. Hasta ahora se han descubierto más de 5.500 exoplanetas, pero ninguno de ellos es verdaderamente similar a la Tierra. Las herramientas de búsqueda de planetas están mejor equipadas para encontrar planetas buscando los tirones que ejercen sobre sus estrellas mientras orbitan. Los planetas más pesados ​​ejercen un mayor tirón, al igual que los planetas que orbitan más cerca de sus estrellas. El instrumento Keck Planet Finder (KPF) fue diseñado para encontrar planetas del tamaño de la Tierra en las zonas habitables de pequeñas estrellas rojas (las zonas habitables de las estrellas rojas están más cerca). Con mejoras adicionales en los próximos años, KPF podría detectar gemelos terrestres.

Es por ello que, para cuando HWO se lance a finales de la década de 2030 o principios de la de 2040, los científicos esperan tener un catálogo de al menos 25 planetas similares a la Tierra para explorar.

Con información de: Caltech.

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