Recientemente, Los astrónomos anunciaron el descubrimiento de que una estrella llamada TRAPPIST-1 está orbitada por siete planetas del tamaño de la Tierra. Tres de los planetas residen en la "zona habitable, "la región alrededor de una estrella donde es más probable que exista agua líquida en la superficie de un planeta rocoso. También se han descubierto otros mundos potencialmente habitables en los últimos años, dejando a muchas personas preguntándose:¿Cómo podemos saber si estos planetas realmente albergan vida?

En Caltech, en el Laboratorio de Tecnología de Exoplanetas, o ET Lab, del profesor asociado de astronomía Dimitri Mawet, los investigadores han estado ocupados desarrollando una nueva estrategia para escanear exoplanetas en busca de biofirmas, signos de vida como moléculas de oxígeno y metano. Estos químicos, que naturalmente no se quedan por mucho tiempo porque se unen con otros químicos, abundan en la Tierra en gran parte gracias a las criaturas vivientes que los expulsan. Encontrar estos dos productos químicos en otro planeta sería un fuerte indicador de la presencia de vida.

En dos nuevos artículos que se publicarán en el Diario astrofísico y el Diario astronómico , El equipo de Mawet demuestra cómo esta nueva técnica, llamada coronagrafía de alta dispersión, podría usarse para buscar firmas biológicas extraterrestres con el Telescopio de Treinta Metros (TMT) planeado, cuales, cuando se complete a fines de la década de 2020, será el telescopio óptico más grande del mundo.

Utilizando modelos teóricos y de laboratorio, los investigadores muestran que esta técnica podría detectar biofirmas en planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas enanas M, que son más pequeñas y frías que nuestro sol y el tipo de estrella más común en la galaxia. La estrategia también podría usarse en estrellas como nuestro propio sol, utilizando telescopios espaciales futuros como la Misión de Imágenes de Exoplanetas Habitables (HabEx) propuesta por la NASA y el Topógrafo UV / Óptico / IR Grande (LUVOIR).

"Hemos demostrado que esta técnica funciona en teoría y en el laboratorio, por lo que nuestro siguiente paso es mostrar que funciona en el cielo "dice Ji Wang, uno de los autores principales de los dos nuevos artículos y un becario postdoctoral en el laboratorio Mawet. El equipo probará la instrumentación en el Observatorio W. M. Keck en Hawai este año o el próximo.

La nueva técnica consta de tres componentes principales:un coronógrafo, un conjunto de fibras ópticas, y un espectrómetro de alta resolución. Los coronagramas son dispositivos que se utilizan en los telescopios para bloquear o eliminar la luz de las estrellas de modo que se puedan obtener imágenes de los planetas. Las estrellas eclipsan a sus planetas entre miles y miles de millones de veces, haciendo que los planetas sean difíciles de ver. Se están desarrollando muchos tipos diferentes de coronógrafos; por ejemplo, El grupo de Mawet instaló recientemente y tomó imágenes iniciales con su nuevo coronógrafo de vórtice en el Observatorio Keck.

Una vez que se ha obtenido una imagen de un planeta, el siguiente paso es estudiar la atmósfera del planeta usando un espectrómetro, un instrumento que rompe la luz del planeta para revelar "huellas dactilares" de sustancias químicas, como oxígeno y metano. La mayoría de los coronógrafos funcionan junto con espectrómetros de baja resolución. La nueva técnica de Mawet incorpora un espectrómetro de alta resolución, que tiene varias ventajas.

Una de las principales ventajas es ayudar a filtrar aún más la luz de las estrellas no deseada. Con espectrómetros de alta resolución, las características espectrales de un planeta son más detalladas, facilitando la distinción y separación de la luz del planeta de la luz de las estrellas acechantes.

Lo que esto significa es que en el método de Mawet, el coronógrafo no tiene que ser tan bueno para filtrar la luz de las estrellas como se creía necesario para caracterizar mundos similares a la Tierra.

"Esta nueva técnica no requiere que el coronógrafo trabaje tan duro, y eso es importante porque podemos utilizar tecnologías actuales que ya están disponibles, "dice Mawet, quien también es un científico investigador en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), que es administrado por Caltech para la NASA. "Con un espectrómetro de alta resolución, podemos mejorar la sensibilidad de nuestro sistema en un factor de 100 a 1, 000 sobre los métodos terrestres actuales ".

Otra ventaja de utilizar espectrómetros de alta resolución radica en la riqueza de los datos. Además de proporcionar más detalles sobre los componentes moleculares de la atmósfera de un planeta, Estos instrumentos deberían poder revelar la tasa de rotación de un planeta y proporcionar mapas aproximados de las características de la superficie y los patrones climáticos. "Es una posibilidad remota, pero incluso podríamos tener la capacidad de buscar continentes en planetas candidatos similares a la Tierra, "dice Mawet.

En el diseño del equipo, el coronógrafo se conecta al espectrómetro de alta resolución mediante un conjunto de fibras ópticas. Asombrosamente, Los experimentos de laboratorio revelaron que las fibras también filtran la luz de las estrellas.

"Esto fue completamente fortuito, "dice Garreth Ruane, coautor de los dos nuevos artículos y becario postdoctoral de la National Science Foundation en el grupo de Mawet. "Es la guinda del pastel".

Próximo, los investigadores demostrarán su técnica en el Observatorio Keck. Aunque la instrumentación aún no puede estudiar posibles planetas similares a la Tierra, que requerirá el telescopio de treinta metros más grande, el sistema debería poder revelar nuevos detalles sobre las atmósferas de exoplanetas gaseosos más grandes. incluidas variedades exóticas que no se parecen en nada a las de nuestro propio sistema solar.

"Esta nueva innovación de combinar el coronógrafo con un espectrómetro de alta resolución nos da un camino claro para buscar vida más allá de la Tierra".