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Telescopios gravitacionales solares: una nueva forma de observar exoplanetas

Desde que se descubriera oficialmente el primer exoplaneta en 1992, los astrónomos han detectado más de 5.000 nuevos mundos externos al sistema solar. Sin embargo, cada nuevo descubrimiento no es que aporte demasiado: sabemos que existen, que están ahí, e incluso podemos inducir algunas de sus características, pero el resto sigue siendo un misterio.

Para eludir las limitaciones físicas de los telescopios actuales, los astrofísicos de la Universidad de Stanford han estado trabajando en los últimos años en una nueva técnica de imagen que promete ser hasta 1.000 veces más precisa que la tecnología de imagen más potente que se utiliza en la actualidad. Y es que al aprovechar el efecto de distorsión de la gravedad en el espacio-tiempo, lo que los científicos conocen como una lente gravitacional, estos podrían obtener imágenes mucho más avanzadas que las actuales.

Así, en un nuevo artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal bajo el título Integral Field Spectroscopy with the Solar Gravitational Lens, los investigadores describen una forma de manipular las lentes gravitacionales solares para observar planetas fuera de nuestro sistema solar. Al colocar un telescopio y exoplaneta alineados con el Sol en el medio, los científicos podrían usar el campo gravitacional del Sol para aumentar la luz del exoplaneta.

A diferencia de una lupa que tiene una superficie curva que desvía la luz, una lente gravitatoria tiene un espacio-tiempo curvo que permite obtener imágenes de objetos lejanos.

"Queremos tomar fotografías de los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas que sean tan buenas como las fotografías que tomamos de los planetas de nuestro propio sistema solar", cuenta Bruce Macintosh, profesor de física en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford y subdirector del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC). "Con esta tecnología, esperamos tomar una fotografía de un planeta a 100 años luz de distancia que tenga el mismo impacto que la fotografía de la Tierra del Apolo 8", añade. El problema, en la actualidad, es que esta técnica requeriría un viaje espacial más avanzado que el ahora posible. "Aún así, la promesa de este concepto y lo que podría revelar sobre otros planetas lejanos hace que valga la pena continuar con su desarrollo", afirman desde el equipo.

Las ventajas de la flexión de la luz

Las lentes gravitacionales no se observaron experimentalmente hasta 1919 durante un eclipse solar. Así, con la Luna obstruyendo la luz del Sol, los científicos pudieron ver las estrellas cerca del Sol desplazadas de sus posiciones conocidas. Esta fue una prueba inequívoca de que la gravedad podía desviar la luz y la primera evidencia observacional de que la teoría de la relatividad de Einstein era correcta.

Más tarde, en 1979, Von Russel Eshleman, profesor de Stanford, publicó un ensayo detallado de cómo los astrónomos y las naves espaciales podrían explotar la lente gravitatoria solar. Y si bien aprovechar las lentes gravitacionales solares no es posible en la actualidad con la tecnología contemporánea, no obstante los astrónomos llevan años valiéndose de la gravedad de las galaxias más masivas para estudiar la evolución temprana del universo.

Ahora, Alexander Madurowicz, estudiante de doctorado en KIPAC, ha diseñado un nuevo método que puede reconstruir la superficie de un planeta a partir de una sola imagen tomada mirando directamente al Sol. Al capturar el anillo de luz alrededor del sol formado por el exoplaneta, un algoritmo diseñado por Madurowicz puede eliminar la distorsión de la luz del anillo invirtiendo la flexión de la lente gravitatoria que vuelve a convertir el anillo en un planeta redondo.

Madurowicz demostró que su trabajo era factible utilizando imágenes de la Tierra en rotación tomadas por el satélite DSCOVR que se encuentra entre la Tierra y el Sol. Luego, usó un modelo de ordenador para ver cómo se vería la Tierra mirando a través de los efectos de deformación de la gravedad del Sol. Al aplicar su algoritmo a las observaciones, Madurowicz pudo recuperar las imágenes de la Tierra y probar que sus cálculos eran correctos.

El algoritmo que permite esta reconstrucción se puede aplicar a exoplanetas para obtener imágenes superiores.

Sin embargo, la teoría también dice que para capturar una imagen de un exoplaneta a través de una lente gravitatoria solar, se tendría que colocar un telescopio a al menos 14 veces la distancia entre Plutón y el Sol: más lejos que lo que cualquier nave espacial haya viajado jamás, pero aún así, tan solo una pequeña fracción de los años luz entre el Sol y un exoplaneta. “Al desdoblar la luz doblada por el Sol, se puede crear una imagen miles de veces más potente que la de un telescopio ordinario”, explica Madurowicz. “ El potencial científico es un misterio sin explotar, la puerta a una nueva capacidad de observación que aún no existe”, añade.

La nueva generación de telescopios tardará 50 años en llegar

Actualmente, para obtener imágenes de un exoplaneta con la resolución que describen los científicos mediante esta nueva técnica, necesitaríamos un telescopio 20 veces más ancho que la Tierra. Al usar la gravedad del Sol como un telescopio, los científicos pueden explotar esto como una lente natural masiva. De hecho, un telescopio del tamaño del Hubble en combinación con la lente gravitacional solar sería suficiente para obtener imágenes de exoplanetas con suficiente potencia para capturar detalles sin precedentes. “La lente gravitacional solar abre una ventana completamente nueva para la observación. Esto permitirá la investigación de la dinámica detallada de las atmósferas de los planetas, así como la distribución de las nubes y las características de la superficie, que no tenemos forma de investigar ahora".

Madurowicz y Macintosh dicen que pasarán un mínimo de 50 años antes de que esta tecnología pueda implementarse, probablemente más. Para que esta se adopte, necesitaremos naves espaciales más rápidas porque con la tecnología actual podría tomar hasta 100 años para situarse en posición con la lente solar. Usando velas solares o el Sol como una onda gravitacional, el tiempo podría reducirse hasta los 20 o 40 años. " Pero a pesar de toda esta incertidumbre, nos impulsa la posibilidad de ver si algunos exoplanetas tienen continentes u océanos" cuenta Macintosh. "La presencia de cualquiera de ellos es un fuerte indicador de que podría haber vida en un planeta distante". “Este es uno de los últimos pasos para descubrir si hay vida en otros planetas”, añade. “Al tomar una fotografía detallada de otro planeta, podríamos mirarlo y posiblemente ver muestras verdes que nos hablen de bosques y manchas azules correspondientes a océanos: con todo ello, sería muy difícil argumentar que no hay vida ahí fuera", sentencia.

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