Hay potencialmente miles de planetas que se encuentran fuera de nuestro sistema solar, vecinos galácticos que podrían ser mundos rocosos o colecciones más tenues de gas y polvo. ¿Dónde se encuentran estos exoplanetas más cercanos? ¿Y cuál de ellos podríamos sondear en busca de pistas sobre su composición e incluso habitabilidad? El satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) será el primero en buscar estos mundos cercanos.

La nave espacial financiada por la NASA, no mucho más grande que un frigorífico, lleva cuatro cámaras que fueron concebidas, diseñado, y construido en el MIT, con una visión de ojos abiertos:para inspeccionar el más cercano, estrellas más brillantes en el cielo en busca de señales de planetas que pasan.

Ahora, más de una década desde que los científicos del MIT propusieron por primera vez la misión, TESS está a punto de despegar. La nave espacial está programada para lanzarse en un cohete SpaceX Falcon 9 desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida. no antes del 16 de abril, a las 6:32 p.m. EDT.

TESS pasará dos años escaneando casi todo el cielo, un campo de visión que puede abarcar más de 20 millones de estrellas. Los científicos esperan que miles de estas estrellas alberguen planetas en tránsito, que esperan detectar a través de imágenes tomadas con las cámaras de TESS.

En medio de esta generosidad extrasolar, El equipo científico de TESS en el MIT tiene como objetivo medir las masas de al menos 50 planetas pequeños cuyos radios son menos de cuatro veces el de la Tierra. Muchos de los planetas de TESS deberían estar lo suficientemente cerca del nuestro para que, una vez que son identificados por TESS, los científicos pueden hacer zoom sobre ellos usando otros telescopios, para detectar atmósferas, caracterizar las condiciones atmosféricas, e incluso buscar signos de habitabilidad.

"TESS es como un explorador, "dice Natalia Guerrero, subdirector de Objetos de Interés TESS, un esfuerzo liderado por el MIT que catalogará los objetos capturados en los datos de TESS que pueden ser exoplanetas potenciales.

"Estamos en este recorrido panorámico por todo el cielo, y de alguna manera no tenemos idea de lo que veremos, "Dice Guerrero." Es como si estuviéramos haciendo un mapa del tesoro:aquí están todas estas cosas interesantes. Ahora, ve tras ellos ".

Una semilla, plantado en el espacio

Los orígenes de TESS surgieron de un satélite aún más pequeño que fue diseñado y construido por el MIT y lanzado al espacio por la NASA el 9 de octubre. 2000. The High Energy Transient Explorer 2, o HETE-2, orbitó la Tierra durante siete años, en una misión para detectar y localizar estallidos de rayos gamma, explosiones de alta energía que emiten masivas, estallidos fugaces de rayos gamma y rayos X.

Para detectar tan extremo, fenómenos de corta duración, científicos del MIT, dirigido por el investigador principal George Ricker, integrado en el satélite un conjunto de cámaras ópticas y de rayos X equipadas con CCD, o dispositivos de carga acoplada, diseñado para registrar intensidades y posiciones de la luz en un formato electrónico.

"Con la llegada de los CCD en la década de 1970, tenías este fantástico dispositivo ... que facilitó muchas cosas a los astrónomos, "dice Joel Villasenor, miembro del equipo de HETE-2, que ahora también es científico de instrumentos para TESS. "Simplemente suma todos los píxeles de un CCD, que te da la intensidad, o magnitud, de luz. Así que los CCD realmente abrieron las cosas para la astronomía ".

En 2004, Ricker y el equipo de HETE-2 se preguntaron si las cámaras ópticas del satélite podrían detectar otros objetos en el cielo que habían comenzado a atraer a la comunidad astronómica:exoplanetas. Sobre esta hora, se habían descubierto menos de 200 planetas fuera de nuestro sistema solar. Algunos de estos se encontraron con una técnica conocida como método de tránsito, que implica buscar caídas periódicas en la luz de ciertas estrellas, lo que puede indicar que un planeta pasa frente a la estrella.

"Estábamos pensando, ¿Fue suficiente la fotometría de las cámaras de HETE-2 para que pudiéramos apuntar a una parte del cielo y detectar una de estas caídas? No hace falta decir que, no funcionó exactamente, ", Recuerda Villasenor." Pero esa fue una especie de semilla que nos hizo pensar, tal vez deberíamos intentar hacer volar CCD con una cámara para intentar detectar estas cosas ".

Un sendero, despejado

En 2006, Ricker y su equipo en el MIT propusieron una pequeña satélite de bajo costo (HETE-S) a la NASA como una misión de clase Discovery, y luego como una misión financiada con fondos privados por $ 20 millones. Pero como el costo de, e interés en, creció un estudio de exoplanetas de todo el cielo, decidieron, en cambio, buscar financiación de la NASA, a un nivel más alto de $ 120 millones. En 2008, presentaron una propuesta para una misión de clase Small Explorer (SMEX) de la NASA con el nuevo nombre:TESS.

En este momento, el diseño del satélite incluía seis cámaras CCD, y el equipo propuso que la nave espacial vuele en una órbita terrestre baja, similar al de HETE-2. Tal órbita, ellos razonaron, debe seguir observando una eficiencia relativamente alta, ya que ya habían construido estaciones terrestres receptoras de datos para HETE-2 que también podrían utilizarse para TESS.

Pero pronto se dieron cuenta de que una órbita terrestre baja tendría un impacto negativo en las cámaras mucho más sensibles de TESS. La reacción de la nave espacial al campo magnético de la Tierra, por ejemplo, podría provocar una "fluctuación significativa de las naves espaciales, "Produciendo un ruido que oculta la reveladora inmersión de un exoplaneta en la luz de las estrellas.

La NASA pasó por alto esta primera propuesta, y el equipo volvió a la mesa de dibujo, esta vez emergiendo con un nuevo plan que dependía de una órbita completamente novedosa. Con la ayuda de ingenieros de Orbital ATK, la Corporación Aeroespacial, y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, el equipo identificó una órbita "resonante lunar" nunca antes utilizada que mantendría la nave espacial extremadamente estable, mientras le da una vista de cielo completo.

Una vez que TESS alcance esta órbita, se lanzará entre la Tierra y la luna en una trayectoria altamente elíptica que podría mantener a TESS en órbita durante décadas, guiado por la atracción gravitacional de la luna.

"La luna y el satélite están en una especie de danza, "Dice Villaseñor." La luna tira del satélite hacia un lado, y cuando TESS complete una órbita, la luna está del otro lado tirando en la dirección opuesta. El efecto general es que la atracción de la luna se nivela, y es una configuración muy estable durante muchos años. Nadie ha hecho esto antes y sospecho que otros programas intentarán utilizar esta órbita más adelante ".

En su trayectoria planificada actual, TESS se dirigirá hacia la luna durante menos de dos semanas, reuniendo datos, luego regresa hacia la Tierra donde, en su acercamiento más cercano, transmitirá los datos a las estaciones terrestres desde 67, 000 millas sobre la superficie antes de volver a salir. Por último, esta órbita le ahorrará a TESS una gran cantidad de combustible, ya que no necesitará quemar sus propulsores de forma regular para seguir su camino.

Con esta órbita renovada, el equipo de TESS presentó una segunda propuesta en 2010, esta vez como una misión de clase Explorer, que la NASA aprobó en 2013. Fue en esta época que el Telescopio Espacial Kepler finalizó su estudio original de exoplanetas. El observatorio, que se lanzó en 2009, miró fijamente un parche específico del cielo durante cuatro años, para monitorear la luz de estrellas distantes en busca de signos de planetas en tránsito.

Para 2013, dos de las cuatro ruedas de reacción de Kepler se habían desgastado, impidiendo que la nave espacial continúe su estudio original. En este punto, Las mediciones del telescopio habían permitido el descubrimiento de casi 1, 000 exoplanetas confirmados. Kepler, diseñado para estudiar estrellas lejanas, allanó el camino para TESS, una misión con una visión mucho más amplia, para escanear las estrellas más cercanas a la Tierra.

"Kepler subió, y fue este gran éxito, y los investigadores dijeron, 'Podemos hacer este tipo de ciencia, y hay planetas por todas partes, "dice la miembro de TESS Jennifer Burt, un postdoctorado del MIT-Kavli. "Y creo que esa fue realmente la casilla de verificación científica que necesitábamos para que la NASA dijera:'Okey, TESS tiene mucho sentido ahora '. Permitirá no solo detectar planetas, sino encontrar planetas que podamos caracterizar completamente después del hecho ".

Rayas en el cielo

Con la selección de la NASA, El equipo de TESS instaló instalaciones en el campus y en el Laboratorio Lincoln del MIT para construir y probar las cámaras de la nave espacial. Los ingenieros diseñaron CCD de "agotamiento profundo" específicamente para TESS, lo que significa que las cámaras pueden detectar luz en una amplia gama de longitudes de onda hasta el infrarrojo cercano. Esto es importante, ya que muchas de las estrellas cercanas que TESS supervisará son enanas rojas:pequeñas, estrellas frías que emiten menos brillo que el sol y en la parte infrarroja del espectro electromagnético.

Si los científicos pueden detectar caídas periódicas en la luz de tales estrellas, esto puede indicar la presencia de planetas con órbitas significativamente más estrechas que la de la Tierra. Sin embargo, Existe la posibilidad de que algunos de estos planetas se encuentren dentro de la "zona habitable, "ya que rodearían estrellas mucho más frías, comparado con el sol. Dado que estas estrellas están relativamente cerca, los científicos pueden hacer observaciones de seguimiento con telescopios terrestres para ayudar a identificar si las condiciones podrían ser realmente adecuadas para la vida.

Las cámaras de TESS están montadas en la parte superior del satélite y rodeadas por un cono protector para protegerlas de otras formas de radiación electromagnética. Cada cámara tiene una vista del cielo de 24 por 24 grados, lo suficientemente grande como para abarcar la constelación de Orión. El satélite comenzará sus observaciones en el hemisferio sur y dividirá el cielo en 13 franjas, monitoreando cada segmento durante 27 días antes de pasar al siguiente. TESS debería poder observar casi todo el cielo en el hemisferio sur en su primer año, antes de pasar al hemisferio norte en su segundo año.

Mientras TESS apunta a una franja del cielo, sus cámaras tomarán fotografías de las estrellas en esa parte. Ricker y sus colegas han hecho una lista de 200, 000 cerca, estrellas brillantes que les gustaría especialmente observar. Las cámaras del satélite crearán imágenes de "sellos postales" que incluyen píxeles alrededor de cada una de estas estrellas. Estas imágenes se tomarán cada dos minutos, con el fin de maximizar la posibilidad de captar el momento en que un planeta cruza frente a su estrella. Las cámaras también tomarán imágenes de fotograma completo de todas las estrellas en una franja particular del cielo, cada 30 minutos.

"Con las imágenes de dos minutos, puede obtener una imagen similar a una película de lo que hace la luz de las estrellas cuando el planeta se cruza frente a su estrella anfitriona, "Dice Guerrero". Para las imágenes de 30 minutos, la gente está entusiasmada con la posibilidad de ver supernovas, asteroides, o contrapartes de ondas gravitacionales. No tenemos idea de lo que veremos en ese período de tiempo ".

¿Estamos solos?

Después del lanzamiento de TESS, el equipo espera que el satélite restablezca el contacto dentro de la primera semana, durante el cual encenderá todos sus instrumentos y cámaras. Luego, habrá una fase de puesta en servicio de 60 días, como ingenieros y científicos en Orbital ATK, NASA, y el MIT calibran los instrumentos y monitorean la trayectoria y el desempeño del satélite. Después, TESS comenzará a recopilar y descargar imágenes del cielo. Los científicos del MIT y la NASA tomarán los datos sin procesar y los convertirán en curvas de luz que indiquen el brillo cambiante de una estrella a lo largo del tiempo.

Desde allí, el equipo científico de TESS, incluida Sara Seager, el Profesor de la Tierra de la Clase de 1941, Ciencias Atmosféricas y Planetarias, y subdirector de ciencia de TESS, mirará a través de miles de curvas de luz, por al menos dos caídas similares a la luz de las estrellas, lo que indica que un planeta puede haber pasado dos veces frente a su estrella. Seager y sus colegas luego emplearán una batería de métodos para determinar la masa de un planeta potencial.

"La masa es una característica planetaria definitoria, "Dice Seager." Si sabes que un planeta es el doble del tamaño de la Tierra, podría ser muchas cosas:un mundo rocoso con una atmósfera delgada, o lo que llamamos un "mini-Neptuno":un mundo rocoso con una envoltura de gas gigante, donde sería una enorme manta de invernadero, y no habría vida en la superficie. Entonces, la masa y el tamaño juntos nos dan una densidad planetaria promedio, lo que nos dice mucho sobre lo que es el planeta ".

Durante la misión de dos años de TESS, Seager y sus colegas pretenden medir las masas de 50 planetas con radios menos de cuatro veces el de la Tierra, dimensiones que podrían indicar más observaciones en busca de signos de habitabilidad. Mientras tanto, toda la comunidad científica y el público tendrán la oportunidad de buscar a través de los datos de TESS sus propios exoplanetas. Una vez calibrados los datos, el equipo los pondrá a disposición del público. Cualquiera podrá descargar los datos y hacer sus propias interpretaciones, incluidos los estudiantes de secundaria, astrónomos de sillón, y otras instituciones de investigación.

Con tantos ojos puestos en los datos de TESS, Seager dice que existe la posibilidad de que, algún día, un planeta cercano descubierto por TESS podría tener signos de vida.

"No hay ciencia que nos diga que la vida está ahí en este momento, excepto que los pequeños planetas rocosos parecen ser increíblemente comunes, "Dice Seager." Parecen estar dondequiera que miremos. Así que tiene que estar allí en alguna parte ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.