Los expertos en óptica de la NASA están en camino de derribar una barrera que ha impedido a los científicos lograr una ambición de larga data:construir un telescopio ultraestable que localice e muestre decenas de planetas similares a la Tierra más allá del sistema solar y luego escudriñe sus atmósferas en busca de Señales de vida.

Babak Saif y Lee Feinberg en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, han demostrado por primera vez que pueden detectar dinámicamente distorsiones subatómicas o del tamaño de un picómetro (cambios que son mucho más pequeños que un átomo) a través de un espejo telescópico segmentado de cinco pies y su estructura de soporte. Colaborando con Perry Greenfield en el Space Telescope Science Institute en Baltimore, el equipo ahora planea usar una herramienta de próxima generación y una cámara de prueba térmica para refinar aún más sus mediciones.

La hazaña de medición es una buena noticia para los científicos que estudian futuras misiones para encontrar y caracterizar planetas extrasolares similares a la Tierra que potencialmente podrían albergar vida.

Para encontrar la vida Estos observatorios tendrían que reunir y enfocar suficiente luz para distinguir la luz del planeta de la de su estrella madre mucho más brillante y luego ser capaces de diseccionar esa luz para discernir diferentes firmas químicas atmosféricas. como oxígeno y metano. Esto requeriría un observatorio súper estable cuyos componentes ópticos se muevan o distorsionen no más de 12 picómetros, una medida que es aproximadamente una décima parte del tamaño de un átomo de hidrógeno.

Hasta la fecha, La NASA no ha construido un observatorio con requisitos de estabilidad tan exigentes.

Cómo ocurren los desplazamientos

Los desplazamientos y el movimiento ocurren cuando los materiales utilizados para construir telescopios se encogen o expanden debido a temperaturas extremadamente fluctuantes. como los que se experimentan al viajar desde la Tierra a la frigidez del espacio, o cuando se expone a feroces fuerzas de lanzamiento más de seis veces y media la fuerza de la gravedad.

Los científicos dicen que incluso casi imperceptible, Los movimientos de tamaño atómico afectarían la capacidad de un observatorio futuro para recolectar y enfocar suficiente luz para obtener imágenes y analizar la luz del planeta. Como consecuencia, Los planificadores de misiones deben diseñar telescopios con precisión de picómetro y luego probarlos al mismo nivel en toda la estructura. no solo entre los espejos reflectantes del telescopio. El movimiento que ocurre en una posición en particular puede no reflejar con precisión lo que realmente está sucediendo en otras ubicaciones.

"Estas misiones futuras requerirán un observatorio increíblemente estable, "dijo Azita Valinia, subdirector de programas de la División de Proyectos de Astrofísica. "Este es uno de los postes altos de más alta tecnología que los futuros observatorios de este calibre deben superar. El éxito del equipo ha demostrado que estamos reduciendo gradualmente ese obstáculo en particular".

La prueba inicial

Para realizar la prueba, Saif y Feinberg utilizaron el interferómetro de alta velocidad, o HSI, un instrumento que desarrolló la tecnología 4D con sede en Arizona para medir cambios dinámicos de tamaño nanométrico en los componentes ópticos del telescopio espacial James Webb, incluidos sus 18 segmentos de espejo, montajes y otras estructuras de soporte, durante la térmica, vibraciones y otros tipos de pruebas ambientales.

Como todos los interferómetros, el instrumento divide la luz y luego la recombina para medir pequeños cambios, incluido el movimiento. El HSI puede medir rápidamente los cambios dinámicos en el espejo y otros componentes estructurales, dar a los científicos información sobre lo que está sucediendo en todo el telescopio, no solo en un lugar en particular.

Aunque el HSI fue diseñado para medir distorsiones del tamaño de una molécula o nanómetros, que era el estándar de diseño de Webb, el equipo quería ver que podía usar el mismo instrumento, junto con algoritmos especialmente desarrollados, para detectar cambios aún más pequeños sobre la superficie de un segmento de espejo Webb de repuesto de cinco pies y su hardware de soporte.

La prueba demostró que podía medir el movimiento dinámico tan pequeño como 25 picómetros, aproximadamente el doble del objetivo deseado, Dijo Saif.

Próximos pasos

Sin embargo, Goddard y 4D Technology han diseñado un nuevo instrumento de alta velocidad, llamado interferómetro moteado, que permite mediciones de superficies reflectantes y difusas con precisiones de picómetro. 4D Technology ha construido el instrumento y el equipo de Goddard ha comenzado la caracterización inicial de su desempeño en una nueva cámara de prueba de vacío térmico que controla las temperaturas internas a un gélido 1 milikelvin.

Saif y Feinberg planean colocar elementos de prueba dentro de la cámara para ver si pueden lograr la precisión objetivo de 12 picómetros.

"Creo que hemos progresado mucho. Estamos llegando, "Dijo Saif.