¿Podremos investigar mejor los exoplanetas en un futuro? La respuesta podría ser afirmativa…

En los últimos años, el número de planetas extrasolares que se han detectado y confirmado ha crecido exponencialmente. En la actualidad, se ha confirmado la existencia de 3.778 exoplanetas en 2.818 sistemas planetarios, con 2.737 candidatos adicionales pendientes de confirmación. Con este volumen de exoplanetas disponible para el estudio, el foco de la investigación de exoplanetas ha comenzado a pasar de la detección a la caracterización.

Por ejemplo, los científicos están cada vez más interesados en caracterizar las atmósferas de los exoplanetas para que puedan decir con confianza que tienen los ingredientes correctos para la vida (nitrógeno, dióxido de carbono, etc.). Desafortunadamente, esto es muy difícil con los métodos actuales. Sin embargo, según un equipo internacional de astrónomos, los instrumentos de próxima generación que se basan en imágenes directas cambiarán las reglas del juego.

El estudio, “Proyección directa de imágenes en luz reflejada: Caracterización de exoplanetas templados y templados con telescopios de 30m”, apareció recientemente en línea. El estudio fue dirigido por Michael Fitzgerald (profesor asociado de astrofísica en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA)) y Ben Mazin (la Cátedra Worster en Física Experimental en la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB)), respectivamente.

Como indican en su estudio, nuestra capacidad para caracterizar exoplanetas es actualmente limitada. Por ejemplo, nuestros métodos actuales (los más utilizados son el Método de tránsito y las mediciones de velocidad radial) han llevado a descubrir miles de planetas de período corto (planetas que orbitan cerca de sus soles con un período de aproximadamente 10 días). Sin embargo, la sensibilidad de estos métodos comienza a disminuir sustancialmente cuanto más lejos está el exoplaneta de su estrella.

Además, los planetas de período largo también son en gran parte inaccesibles en lo que respecta a sus espectros. Este tipo de análisis implica medir la luz que pasa a través de la atmósfera de un planeta mientras transita al rededor de su estrella. Al medir sus espectros para determinar su composición, los científicos pueden caracterizar la atmósfera del exoplaneta y determinar si un planeta podría ser habitable.

Para abordar esto, el equipo sugiere que la detección directa (también conocida como imagen directa) será un método más efectivo para caracterizar las atmósferas de los exoplanetas. Ningún planeta detectado por el momento se ha encontrado en “luz reflejada”. Cuando vemos los planetas de nuestro sistema solar, es porque están iluminados por el Sol que podemos verlos. De la misma manera, los planetas de las otras estrellas reflejan la luz y debe ser posible detectar esta luz con un telescopio suficientemente potente. La relación de flujo entre los planetas y su estrella es enorme, del orden de mil millones, en comparación con los planetas detectados por su emisión térmica, o esta relación es más bien del orden de 1 millón.

En la actualidad, la obtención de imágenes directas es el único medio para obtener espectros de exoplanetas no transitorios, especialmente aquellos que se encuentran a distancias intermedias y amplias de sus soles. En este caso, los astrónomos obtienen espectros de la luz reflejada en la atmósfera del exoplaneta para determinar su composición. Solo un puñado de exoplanetas se han fotografiado directamente hasta ahora, todos los cuales eran super-Júpiter auto-luminosos que orbitaban alrededor de cientos de miles de unidades astronómicas de su estrella.

Estos planetas eran muy jóvenes y tenían temperaturas superiores a 500 ° C, lo que los convierte en una clase de planetas bastante raros. Como resultado, los astrónomos no tienen información sobre la diversidad de las atmósferas de los exoplanetas, especialmente cuando se trata de planetas rocosos más pequeños que tienen temperaturas más parecidas a las de la Tierra, donde las temperaturas superficiales promedian alrededor de 15 ºC.

Esto se debe al hecho de que los telescopios existentes simplemente no tienen la sensibilidad para captar directamente los planetas más pequeños que orbitan más cerca de las estrellas. Como determinaron en su estudio, caracterizar las atmósferas de los planetas que están dentro de 5 UA de sus estrellas (donde los levantamientos de velocidad radial han revelado muchos planetas) requeriría un telescopio con una apertura de 30 metros combinado con óptica adaptativa avanzada, un coronógrafo y conjunto de espectrómetros e imágenes (en conclusión, un “imposible” para nuestra actualidad).

En resumen, ningún telescopio actual puede detectar estos planetas, incluso alrededor de las estrellas más cercanas a nosotros, pero hay muchas razones para creer que la próxima generación de telescopios con un diámetro de 30m y más podrán hacerlo.

Las instalaciones de próxima generación y los instrumentos de óptica adaptativa incluyen el Generador de Imágenes de Sistemas Planetarios (PSI) en el Telescopio de treinta metros (TMT), que se propone construir en Mauna Kea, Hawaii. Y está el instrumento GMagAO-X en el Telescopio Gigante Magallanes (GMT), que actualmente se encuentra en construcción en el Observatorio Las Campanas y cuya finalización está programada para el 2025.

Como indicó Artigau, las investigaciones realizadas con estos instrumentos de próxima generación permitirán a los astrónomos detectar y caracterizar una gama más amplia de planetas, así como permitir buscar posibles signos de vida (también conocidas como “biofirmas”), como nunca antes:

“Esto nos permitirá estudiar directamente la luz proveniente de planetas un poco más grandes que la Tierra (y tal vez como la Tierra si somos optimistas). Esta es una de nuestras mejores oportunidades para buscar firmas de vida en estos ambientes. Incluso si no encontramos una firma de vida, hará posible comprender clases enteras del planeta que vemos indirectamente (tránsitos, velocidad radial…) pero de las cuales no sabemos nada … La importancia de la imagen directa es que permite sondear directamente la atmósfera, e incluso la superficie, de estos planetas. La adición de un espectrógrafo de alta resolución también proporciona una idea de los vientos y la circulación global del viento, así como la detección de la presencia de diferentes moléculas”.

Por supuesto, todavía habrá límites a lo que los científicos pueden aprender usando el método directo de imágenes, incluso con estos instrumentos y telescopios de nueva generación a su disposición. Pero las posibilidades y las implicaciones para la investigación de exoplanetas son inmensas. Para empezar, los astrónomos podrían tener una mejor idea de la demografía de planetas rocosos más pequeños que orbitan dentro de las respectivas zonas habitables de sus estrellas.

Dentro de este rango de planetas, Artigau y sus compañeros pueden imaginar una serie de escenarios interesantes. Por ejemplo, algunos pueden ser de tipo Venus, donde las atmósferas densas y una órbita relativamente cercana resultan en un efecto invernadero desbocado. Otros pueden ser como Marte, donde el viento solar o las erupciones han eliminado las atmósferas de los planetas. Más allá de eso, puede haber planetas terrestres que ni siquiera podemos comenzar a imaginar.

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