Es solo una mancha amarilla brillante en un campo moteado de azul, pero esta imagen del lejano planeta 51 Eridani b tiene a los astrónomos alborotados porque es solo eso: una imagen. Lanzada esta semana por Gemini Planet Imager, esta vista nos permite mirar directamente a un mundo joven como Júpiter que está a unos 100 años luz de distancia.
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A pesar de los innumerables anuncios de exoplanetas nuevos y exóticos, incluidos muchos que supuestamente se parecen mucho a la Tierra, la gran mayoría de los mundos que se encuentran más allá de nuestro sistema solar se han detectado solo por medios indirectos. Cualquier idea sobre sus atmósferas, superficies y capacidad para soportar la vida es, por ahora, especulación educada.
Bruce Macintosh de la Universidad de Stanford y sus colegas esperan cambiar todo eso. Están ampliando los límites de la toma de fotografías planetarias con el Gemini Planet Imager (GPI), un instrumento instalado en 2013 en el telescopio Gemini South en Chile. Ver realmente la luz de todo un planeta permite a los científicos descubrir pistas químicas sobre su composición y temperatura, lo que ayuda a pintar una imagen más clara del mundo alienígena.
"La imagen directa es realmente la técnica del futuro", dice la coautora del estudio Sasha Hinkley, astrónoma de la Universidad de Exeter. "Para comprender cómo son estas atmósferas, se necesita espectroscopía, y la imagen directa es adecuada para eso".
Los exoplanetas actuales se encuentran generalmente en una de dos formas. Cuando el planeta se mueve a través de la cara de su estrella anfitriona como se ve desde la Tierra, altera ligeramente la luz estelar entrante, esto se llama tránsito. Alternativamente, el método de velocidad radial busca una estrella que se tambalee ligeramente en respuesta a la atracción de un planeta en órbita. Dicha evidencia indirecta representa la mayoría de los casi 2, 000 exoplanetas confirmados encontrados hasta ahora.
Solo se ha visto una docena de exoplanetas en las imágenes, y todos estos son mundos gaseosos muy grandes que están lejos de sus estrellas. Por ejemplo, el compañero planetario de GU Piscium, descubierto en 2014, tiene de 9 a 13 veces la masa de Júpiter y 2.000 veces más lejos de su estrella que la Tierra del Sol, y tarda unos 163.000 años en completar una órbita. Mientras tanto, el controvertido mundo Fomalhaut b se encuentra en una órbita extremadamente elíptica que lo lleva de 4.5 mil millones de millas desde su estrella a la friolera de 27 mil millones de millas.
La estrella GU Piscium y su planeta, GU Psc b, como se ve en una imagen combinada usando datos infrarrojos y visibles del telescopio Gemini South y el telescopio Canadá-Francia-Hawaii. (El Observatorio de Géminis) GPI fue diseñado para ver planetas que son más pequeños y más cercanos a sus estrellas. Utiliza una óptica adaptativa, en la que pequeños motores alteran la superficie del espejo del telescopio hasta mil veces por segundo. Los cambios en la forma compensan el desenfoque que ocurre cuando la luz de objetos distantes atraviesa la atmósfera de la Tierra, lo que ayuda a detectar objetivos más pequeños. El instrumento también tiene un coronógrafo, un dispositivo que bloquea la luz de una estrella para que sea más fácil ver los planetas cercanos.
En este caso, GPI miró a la estrella 51 Eridani y pudo ver un planeta orbitando a unas 13 unidades astronómicas, más del doble de la distancia entre Júpiter y nuestro sol. La temperatura de la superficie del planeta es de aproximadamente 800 grados Fahrenheit. Hace mucho calor porque el sistema estelar tiene solo 20 millones de años y el planeta aún brilla con el calor de la formación. El equipo también pudo ver que su atmósfera es principalmente metano, al igual que la de Júpiter.
Estudiar imágenes de mundos como 51 Eridani b podría ayudar a resolver los misterios de la formación de planetas, señala Macintosh. "A los 20 millones de años, todavía 'recuerda' el proceso", dice. Una gran pregunta es si los planetas del tamaño de Júpiter se acumulan rápidamente, en la escala de miles de años, o si es un proceso más lento y constante de millones o decenas de millones de años. Debido a que Júpiter es tan grande y consume tanta masa, descubrir cómo llegó a ser y qué tan típico podría afectar los modelos de cómo se forman otros tipos de planetas.
Si bien la imagen directa puede dar una sensación de tamaño, no es tan buena para juzgar la masa de un planeta, y aún no puede resolver nada mucho más pequeño que nuestro propio Júpiter a menos que la estrella esté relativamente tenue y el planeta sea inusualmente brillante. "No va a conseguir planetas rocosos", dice Macintosh. "Eso es para la próxima generación [de telescopios]".
Mientras tanto, GPI y un instrumento relacionado, la Investigación de Exoplanetas de Alto contraste Espectro-polarimétrico (SPHERE) en el Very Large Telescope en Chile, están perfeccionando la técnica y buscando más mundos nuevos que estén listos para sus primeros planos.
Mientras GPI solo ve en infrarrojo, SPHERE también mirará las estrellas cercanas para ver si puede resolver planetas en luz visible, dice Julien Girard, astrónomo del personal de operaciones en el VLT. No podrá ver otra Tierra, lo que probablemente sea un trabajo para un telescopio espacial, pero demostrará que es posible resolver tales planetas, especialmente a medida que las tecnologías futuras logren un mejor contraste en la luz que llega a los detectores de los telescopios, dice Girard. .
Hinkley, sin embargo, cree que hay una buena posibilidad de que un telescopio de próxima generación en el suelo sea el primero en tomar una fotografía de un planeta rocoso. "Los telescopios muy grandes que se conectan en diez años más o menos, la clase de 30 y 40 metros, podrían hacerlo", dice.
Llegar a esa etapa puede depender de mejoras en la óptica adaptativa, pero también puede significar enfocarse en el coronógrafo y mejorar la capacidad de bloquear la luz de la estrella, dice Ben Montet, Ph.D. candidato en el Centro de Astrofísica de Harvard. "El desafío no es imaginar lo débil, sino bloquear lo brillante justo al lado", dice.
A medida que estas mejoras esperadas entren en línea, un sistema estelar cercano como Tau Ceti, que es similar a nuestro sol y a solo 11 años luz de distancia, sería un buen candidato para echar un vistazo. "Es una de las primeras cosas en las que giraría mi telescopio", dice Hinkley.
