En la próxima década, la NASA enviará algunas instalaciones realmente impresionantes al espacio. Estos incluyen los telescopios espaciales de próxima generación como el James Webb Space Telescope (JWST) y el Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST). Sobre la base de los cimientos establecidos por Hubble, WFIRST usará su conjunto avanzado de instrumentos para investigar algunos de los misterios más profundos del Universo.
Uno de estos instrumentos es el coronógrafo que permitirá al telescopio tener una visión clara de los planetas extrasolares. Este instrumento completó recientemente una revisión de diseño preliminar realizada por la NASA, un hito importante en su desarrollo. Esto significa que el instrumento ha cumplido todos los requisitos de diseño, calendario y presupuesto, y ahora puede pasar a la siguiente fase de desarrollo.
El cronógrafo es una parte importante de los instrumentos de caza de planetas de WFIRST. Por lo general, la obtención de imágenes directas de exoplanetas es difícil debido al intenso resplandor proveniente de sus estrellas madre. Esta luz es muchas veces más poderosa que la luz que se refleja desde la superficie o atmósfera de un planeta. Por esta razón, los pequeños rastros de luz que indican la presencia de exoplanetas se oscurecen para los instrumentos convencionales.
Pero al cancelar el intenso resplandor de una estrella, los astrónomos tendrán muchas más posibilidades de detectar planetas que lo orbitan. Esto ofrece el beneficio adicional de poder estudiar los exoplanetas directamente, en lugar de depender de métodos indirectos donde las estrellas son monitoreadas para detectar caídas en el brillo (el Método de tránsito) o signos de movimiento de un lado a otro, lo que indica la presencia de un sistema planetario (el Método de velocidad radial).
En comparación, el método de imágenes directas ofrece muchos beneficios, como la capacidad de obtener espectros directamente de la superficie y la atmósfera de un planeta. Esto permitirá evaluaciones más precisas de la composición de un planeta y la composición de su atmósfera, es decir, si tiene agua superficial, un oxígeno-nitrógeno
Como explicó Jason Rhodes, el científico del proyecto para el Telescopio de prospección infrarroja de campo amplio (WFIRST) en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, explicó:
"Lo que estamos tratando de hacer es cancelar mil millones de fotones de la estrella por cada uno que capturemos del planeta ... Con WFIRST podremos obtener imágenes y espectros de estos grandes planetas, con el objetivo de probar tecnologías que se utilizará en una misión futura: eventualmente mirar pequeños planetas rocosos que podrían tener agua líquida en sus superficies, o incluso signos de vida, como la nuestra ".
El instrumento de coronagrafía del WFIRST (también conocido como sus "gafas de estrella") es una pieza de tecnología de múltiples capas y altamente compleja, que consiste en un sistema de máscaras, prismas, detectores y dos espejos auto-flexibles. Estos espejos son los componentes clave, que cambian su forma en tiempo real para acomodar la luz entrante para compensar los pequeños cambios en la óptica del telescopio.
Junto con las "máscaras" de alta tecnología y otros componentes, conocidos colectivamente como "control activo de frente de onda", estos espejos eliminan la interferencia causada por las ondas de luz que se doblan alrededor de los bordes de los elementos que bloquean la luz del coronógrafo. El resultado final de esto es que la luz de las estrellas se atenúa mientras aparecen objetos débilmente brillantes (que antes eran invisibles).
Además de ser 100 a 1,000 veces más capaz que los coronógrafos anteriores, el coronógrafo de WFIRST sirve como un demostrador de tecnología que probará su efectividad para ayudar a encontrar exoplanetas. Estas pruebas allanarán el camino para agregar versiones ampliadas a telescopios aún más grandes, que incluyen los cuatro observatorios propuestos que se enviarán al espacio para la década de 2030.
Estos incluyen el Topógrafo ultravioleta / óptico / infrarrojo grande (LUVOIR), el Telescopio Espacial Origins (OST) y el Inspector de rayos X Lynx. Utilizando coronógrafos más grandes y avanzados, estos telescopios podrán generar "imágenes" de un solo píxel de planetas más pequeños que orbitan más cerca de sus soles (que es donde es más probable que se encuentren planetas rocosos).
Una vez que la luz de estas imágenes se analiza con un espectrómetro, los astrónomos podrán buscar signos de vida (también conocidos como biosignaturas) como nunca antes. Como dijo Rhodes:
“Con WFIRST podremos obtener imágenes y espectros de estos grandes planetas, con el objetivo de probar tecnologías que se utilizarán en una misión futura: eventualmente observar pequeños planetas rocosos que podrían tener agua líquida en sus superficies, o incluso signos de vida, como los nuestros ".
La inclusión de un coronógrafo en WFIRST es importante porque será la primera misión desde que Hubble (en órbita desde 1990) es la única misión insignia de astrofísica de la NASA que incluye esta tecnología. Por supuesto, los coronógrafos del Hubble eran versiones de la tecnología mucho más simples y menos sofisticadas que las que utilizará WFIRST.
Si bien el telescopio espacial James Webb se lanzará antes (actualmente programado para lanzarse en 2021) y también estará equipado con la tecnología, no contará con la misma capacidad de supresión de luz estelar que WFIRST. Entonces, si bien WFIRST será la tercera misión emblemática en emplear tecnología de coronagrafía, también será la más sofisticada.
"WFIRST debería ser dos o tres órdenes de magnitud más poderoso que cualquier otro coronógrafo volado [en su capacidad de distinguir un planeta de su estrella]", dijo Rhodes. "Debería haber una oportunidad para una ciencia realmente convincente, aunque solo sea una demostración tecnológica".
Este tipo de tecnología de coronógrafo también podría permitir las imágenes más claras jamás tomadas de un sistema estelar que se encuentra en las primeras etapas de formación. Esto se caracteriza por una estrella rodeada por un disco masivo de polvo y gas mientras los planetas se forman lentamente a partir de material acrecido. Actualmente, la mejor manera de estudiar estos discos es mediante encuestas infrarrojas que pueden obtener imágenes del calor absorbido por su estrella madre.
Como Vanessa Bailey, astrónoma de JPL y tecnóloga de instrumentos para WFIRST
“Los discos de escombros que vemos hoy alrededor de otras estrellas son más brillantes y masivos que los que tenemos en nuestro propio sistema solar. El instrumento de coronógrafo de WFIRST podría estudiar un material de disco más débil y difuso que se parece más al Cinturón principal de asteroides, al Cinturón de Kuiper y a otro polvo en órbita alrededor del Sol ".
Estos estudios podrían dar una idea de cómo se formó nuestro Sistema Solar. Una vez que la tecnología se demuestre con éxito durante los primeros 18 meses de la misión, la NASA puede comenzar lo que se conoce como un "Programa de Científicos Participantes". Bajo dicho programa, el coronógrafo estaría abierto a la comunidad científica, permitiendo una variedad más amplia de observadores y experimentos.
La revisión preliminar del diseño es una de varias diseñadas para examinar cada aspecto de la misión. Cada revisión es exhaustiva y tiene la intención de garantizar que cada parte individual trabaje con las demás. Con esta revisión de diseño ahora completa, el cronograma de desarrollo del coronógrafo avanza a un ritmo acelerado.
Este es el segundo componente principal de la misión WFIRST para recibir la autorización. El instrumento Wide-Field Instrument fue aprobado en junio, una cámara de infrarrojo cercano multibanda de 288 megapíxeles que proporcionará una nitidez de imágenes comparable a la lograda por Hubble en un campo 100 veces más grande. Esta cámara se considera el instrumento principal del telescopio espacial.
Como indicó Rhodes, la misión WFIRST será histórica, similar a la misión Mars Pathfinder misión que aterrizó en Marte en 1997. Esta fue la primera misión de la NASA en desplegar un rover (Sojourner) en Marte, que validó tecnologías y métodos clave que eventualmente entrarían en el Espíritu, Oportunidad, curiosidad, y Marte 2020 rovers
"Esa fue una demostración tecnológica", dijo Rhodes. “El objetivo era mostrar que un rover funciona en Marte. Pero pasó a hacer una ciencia muy interesante durante su vida. Así que tenemos la esperanza de que lo mismo se aplicará a la demostración técnica de coronagrafía de WFIRST ".
