Quizás recuerde la escena inicial de "Harry Potter y la piedra filosofal" que tuvo lugar en Privet Drive. Un hombre barbudo sacó un misterioso dispositivo, llamado desiluminador, de su túnica oscura y una a una las luces de las farolas volaron hacia él.

Durante la última década o más, Muggles de todo el mundo, incluyéndome a mí, han estado ocupados diseñando y perfeccionando un dispositivo similar llamado coronógrafo. Bloquea la luz de las estrellas para que los científicos puedan tomar fotografías de los planetas que las orbitan:los exoplanetas.

Hace más de 500 años, el fraile italiano Giordano Bruno postuló que las estrellas en el cielo nocturno eran como nuestro Sol con planetas orbitando. algunos de los cuales probablemente albergaban vida. A partir de la década de 1990, Utilizando observaciones terrestres y satelitales, los astrónomos han reunido pruebas de la existencia de miles de planetas extrasolares o exoplanetas. El descubrimiento de exoplanetas le valió el Premio Nobel de Física 2019.

El siguiente hito importante en la investigación exoplanetaria es la obtención de imágenes y la caracterización de exoplanetas del tamaño de Júpiter en luz visible porque la obtención de imágenes de planetas del tamaño de la Tierra es mucho más difícil. Sin embargo, Las imágenes de exo-Júpiter mostrarían que los astromómeros tienen todas las herramientas necesarias para obtener imágenes y caracterizar planetas del tamaño de la Tierra en las zonas habitables de estrellas cercanas. donde la vida podría existir. Misiones espaciales capaces de obtener imágenes de exo-Tierras en sus zonas habitables, como el Observatorio de Exoplanetas Habitables o HabEx y el Topógrafo UV / Óptico / IR grande o LUVOIR, actualmente están siendo diseñados por científicos e ingenieros de todo el mundo y están al menos a una década de su vuelo.

En preparación para estas misiones de clase insignia, Es fundamental que se desarrollen y validen tecnologías clave y herramientas de software. Un coronógrafo es esencial para todos estos esfuerzos de obtención de imágenes.

Soy profesor de física y dirijo un grupo de investigación que ha diseñado muchos experimentos que han volado en misiones de la NASA. Durante la última década más o menos, Nuestro equipo ha estado desarrollando tecnologías necesarias para obtener imágenes y caracterizar directamente exoplanetas alrededor de estrellas cercanas y probarlos a bordo de cohetes y globos antes de que puedan ser seleccionados para volar en las principales misiones espaciales.

Imágenes de exoplanetas en luz visible

Aunque sabemos de la existencia de más de 4, 000 exoplanetas, la mayoría se detectaron utilizando métodos indirectos, como la atenuación de la luz de la estrella madre cuando un planeta pasa por delante y bloquea parte de su luz, al igual que el tránsito reciente de Mercurio. Esta es la técnica empleada por las misiones Kepler y Transiting Exoplanet Survey Satellite o TESS. Los ganadores del Premio Nobel de 2019 utilizaron otro método indirecto, que se basa en la medición del movimiento diminuto y periódico de las estrellas causado por los planetas que las orbitan. Pero una fotografía de un exoplaneta, con características similares a las de nuestro Sistema Solar, aún no se ha tomado.

Obtener imágenes de exoplanetas es difícil. Por ejemplo, incluso un planeta enorme como Júpiter es mil millones de veces más tenue que el Sol. Y cuando se ve desde lejos, la Tierra es 10 veces más tenue que Júpiter. Pero la dificultad de obtener imágenes de exoplanetas no se debe a que sean tenues:los grandes telescopios, incluido el Telescopio Espacial Hubble, han captado imágenes de objetos mucho más débiles.

El desafío de obtener imágenes de exoplanetas tiene que ver con tomar una fotografía de un objeto muy tenue que está cerca de uno mucho más brillante. Dado que las estrellas y sus planetas están lejos, cuando se fotografían, aparecen como un punto brillante en el cielo, al igual que los faros de un automóvil se ven como una luz brillante desde la distancia. Entonces, el desafío de obtener imágenes incluso del exoplaneta más cercano es similar a una persona en California que toma una fotografía de una mosca a 10 pies de distancia de la luz brillante de un faro en Massachusetts.

Mi grupo de investigación voló recientemente un experimento de globo a gran altitud llamado Banco de pruebas de concepto de imágenes planetarias utilizando un experimento recuperable:Coronagraph (PICTURE-C) que probó la capacidad del coronógrafo para trabajar en el espacio para obtener imágenes de exoplanetas y sus entornos.

Componentes clave del instrumento PICTURE-C

El coronógrafo de PICTURE-C crea eclipses artificiales para atenuar o eliminar la luz de las estrellas sin atenuar los planetas que las estrellas iluminan. Está diseñado para capturar objetos débiles como cinturones de asteroides muy cerca de la estrella central.

Si bien es necesario un coronógrafo para obtener imágenes directas de exoplanetas, nuestro 6, El dispositivo de 000 libras también incluye espejos deformables para corregir la forma de los espejos del telescopio que se distorsionan debido a los cambios en la gravedad. fluctuaciones de temperatura y otras imperfecciones de fabricación.

Finalmente, todo el dispositivo debe mantenerse estable en el espacio durante períodos de tiempo relativamente largos. Una góndola especialmente diseñada por la NASA llamada Wallops Arc Second Pointer (WASP) llevó PICTURE-C y nos llevó a la mitad del camino. Un sistema de estabilización de imagen interno diseñado por mis colegas proporcionó la "mano firme" necesaria.

El vuelo inaugural de PICTURE-C

Después de muchas pruebas para demostrar que todos los sistemas estaban listos para volar, nuestro equipo lanzó PICTURE-C en la mañana del 29 de septiembre. 2019 desde Ft. Sumner, Nuevo Mexico.

Después del vuelo de prueba de 20 horas confirmando que todos los sistemas funcionaron bien, PICTURE-C regresó a la Tierra usando su paracaídas para aterrizar suavemente. El experimento ha sido recuperado y devuelto a nuestro laboratorio. No se suponía que PICTURE-C descubriera ningún exoplaneta en su primera prueba. Pero volará nuevamente en otro globo cuando fotografiará varias estrellas para explorar si alguna de ellas tiene cinturones de asteroides. Estos serían más fáciles de ver y si tenemos suerte tomará una foto de un planeta del tamaño de Júpiter en septiembre de 2020.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.