Los investigadores de la NASA dicen que han superado un hito importante en su búsqueda para madurar herramientas más poderosas para detectar y analizar directamente las atmósferas de planetas gigantes fuera del sistema solar, uno de los objetivos de observación del Telescopio Espacial Infrarrojo de Campo Amplio propuesto por la NASA. también conocido como WFIRST.

En pruebas realizadas en el banco de pruebas de imágenes de alto contraste del Laboratorio de propulsión a chorro de la NASA, o JPL, en Pasadena, California, uno de los bancos de pruebas más avanzados del mundo en su tipo, los investigadores crearon lo que llaman una región de contraste muy profundo entre una estrella simulada y su planeta. También demostraron la capacidad de detectar y analizar la tenue luz del planeta en una porción relativamente grande de la banda de longitud de onda visible a infrarroja cercana.

Un instrumento desarrollado por científicos del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland:el prototipo de espectrógrafo de imágenes para estudios coronagráficos de exoplanetas, o PISCIS:jugó un papel importante en la demostración, mostrando que podría separar la luz de uno o más exoplanetas del tamaño de Júpiter por su longitud de onda (color) y registrar los datos en cada posición alrededor de una estrella.

Para apreciar el hito de los investigadores, es importante comprender el desafío en sí.

La luz de estos planetas es extremadamente débil, más débil que sus estrellas anfitrionas en un factor de 100 millones o más. y desde nuestra perspectiva en la Tierra, estos planetas aparecen bastante cerca de sus estrellas. Con una cámara de imágenes convencional, la luz del planeta se pierde en el resplandor de la estrella. Sin embargo, con un coronógrafo, un dispositivo que suprime el resplandor y crea una zona oscura alrededor de una estrella, se puede revelar la tenue luz de un exoplaneta.

Trabajando en conjunto con el coronógrafo, un espectrógrafo de campo integral, o IFS, como PISCIS, sería capaz de separar la luz del exoplaneta por su longitud de onda y registrar los datos, revelando detalles sobre las propiedades físicas del planeta, incluyendo la composición química y estructura de su atmósfera.

Durante el examen, el equipo Goddard-JPL mantuvo un contraste muy profundo sobre el 18 por ciento de la banda de longitud de onda del coronógrafo, un récord que es un buen augurio para misiones futuras como WFIRST, que tiene un coronógrafo y un instrumento tipo IFS en la misión. (Para poner esto en perspectiva, el ojo humano puede ver el espectro de colores visible completo, de azul a rojo, que corresponde a un paso de banda del 50 por ciento. En comparación, un puntero láser tiene un solo color, que es mucho más pequeño que el uno por ciento).

"Nunca antes se había logrado un contraste tan profundo en una banda tan amplia y era uno de nuestros objetivos. Idealmente, nos gustaría observar todo el espectro del planeta; en otras palabras, ver todos sus colores a la vez, pero eso aún no es posible con las tecnologías coronagráficas actuales. Dieciocho por ciento, como lo demuestra PISCIS, es el estado actual de la técnica, ", dijo el científico de Goddard y científico de instrumentos de PISCES, Michael McElwain. En comparación, El coronógrafo de laboratorio de JPL mantuvo el mismo nivel de contraste oscuro sobre el 10 por ciento de las bandas de longitud de onda óptica antes de la puesta en servicio del PISCES de sobremesa el año pasado.

"Aún no hemos terminado y todavía estamos tratando de llegar a contrastes más altos, pero el 100 millones a uno por encima del 18 por ciento de la banda de longitud de onda óptica es un hito importante y significativo, "dijo Maxime Rizzo, un estudiante postdoctoral que está trabajando con McElwain y su equipo para avanzar en PISCIS. "Con el paso de banda aumentado, podemos obtener muchos colores a la vez. Esto nos permite identificar más moléculas en las atmósferas y obtener un panorama general ".

PISCIS, que McElwain desarrolló con fondos del programa de Investigación y Desarrollo Internos de Goddard y la prestigiosa beca de tecnología Nancy Grace Roman, separa la luz un poco diferente a los espectrógrafos más tradicionales.

Como dispositivo tipo IFS, PISCES toma una imagen coronagráfica y la muestra con una matriz de microlentes compuesta por más de 5, 800 pequeños segmentos de vidrio no más grandes que el ancho de tres cabellos humanos. La micro lente crea una serie de "puntos" que luego se dispersa mediante un prisma y finalmente se vuelve a reproducir en un detector. En la práctica, cada microlente, o lentillas, aísla una pequeña porción de la imagen coronagráfica, creando micro-espectros para la luz que pasa a través de cada diminuta lentilla. Luego, los múltiples espectros se combinan en un cubo de datos que los científicos analizan.

El IFS proporciona toda la información de longitud de onda simultáneamente en todo el campo de visión. Con observaciones de imágenes más tradicionales, los científicos deben recorrer las diferentes longitudes de onda, lo cual lleva tiempo y requiere un mecanismo para cambiar los filtros, requisitos no deseables con un observatorio en órbita que solo tiene un tiempo limitado para dedicarlo a un objetivo. El sistema óptico en sí cambia con el tiempo debido a variaciones térmicas y dinámicas, subrayando aún más la necesidad de observaciones espectrales simultáneas.

"Es por eso que los planificadores de WFIRST basaron el espectrógrafo de tipo IFS en primer lugar, "Dijo Rizzo." En este caso, PISCES ofreció información sobre un 18 por ciento del paso de banda, en lugar del tradicional 10 por ciento que se había demostrado en JPL sin un IFS. PISCIS demostró que podría permitir más ciencia ".

A pesar de que el equipo demostró el profundo contraste en una mayor parte del paso de banda visible al infrarrojo cercano, y al hacerlo, elevó el nivel de preparación de la tecnología, queda trabajo, dijo Avi Mandell, el científico del proyecto WFIRST IFS. "El éxito ha abierto todas las nuevas ideas para la supresión de la luz estelar que queremos probar".