Esta ilustración muestra un exoplaneta orbitando su estrella mucho más brillante. Con sus coronógrafos a bordo, Webb permitirá a los científicos ver exoplanetas en longitudes de onda infrarrojas en las que nunca antes los habían visto. Crédito:NASA, ESA, y G. Bacon (STScI)
Si bien ahora conocemos miles de exoplanetas, planetas alrededor de otras estrellas, la gran mayoría de nuestro conocimiento es indirecto. Es decir, los científicos no han tomado muchas fotografías de exoplanetas, y debido a los límites de la tecnología actual, solo podemos ver estos mundos como puntos de luz. Sin embargo, el número de exoplanetas de los que se han obtenido imágenes directamente está creciendo con el tiempo. Cuando el telescopio espacial James Webb de la NASA se lance en 2021, abrirá una nueva ventana sobre estos exoplanetas, observándolos en longitudes de onda en las que nunca antes se habían visto y obteniendo nuevos conocimientos sobre su naturaleza.
Los exoplanetas están cerca de estrellas mucho más brillantes, por lo que su luz generalmente se ve abrumada por la luz de las estrellas anfitrionas. Los astrónomos generalmente encuentran un exoplaneta al inferir su presencia basándose en la atenuación de la luz de su estrella anfitriona cuando el planeta pasa frente a la estrella, un evento llamado "tránsito". A veces un planeta tira de su estrella, haciendo que la estrella se mueva ligeramente.
En algunos casos, Los científicos han capturado imágenes de exoplanetas utilizando instrumentos llamados coronógrafos. Estos dispositivos bloquean el resplandor de la estrella de la misma manera que podría usar su mano para bloquear la luz del sol. Sin embargo, Encontrar exoplanetas con esta técnica ha demostrado ser muy difícil. Todo eso cambiará con la sensibilidad de Webb. Sus coronógrafos a bordo permitirán a los científicos ver exoplanetas en longitudes de onda infrarrojas en las que nunca antes los habían visto.
Capacidades únicas de Webb
Los coronagramas tienen algo importante en común con los eclipses. Durante un eclipse, la luna bloquea la luz del sol, permitiéndonos ver estrellas que normalmente se verían abrumadas por el resplandor del sol. Los astrónomos aprovecharon esto durante el eclipse de 1919, Hace 100 años, el 29 de mayo, para probar la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Similar, un coronógrafo actúa como un "eclipse artificial" para bloquear la luz de una estrella, permitiendo ver planetas que de otro modo se perderían en el resplandor de la estrella.
"La mayoría de los planetas que hemos detectado hasta ahora son aproximadamente 10, 000 a 1 millón de veces más tenue que su estrella anfitriona, ", explicó Sasha Hinkley de la Universidad de Exeter. Hinkley es la investigadora principal de uno de los primeros programas de observación de Webb para estudiar exoplanetas y sistemas exoplanetarios.
"Hay, sin duda, una población de planetas que son más débiles que eso, que tienen relaciones de contraste más altas, y posiblemente estén más lejos de sus estrellas, "Dijo Hinkley." Con Webb, podremos ver planetas que son más como 10 millones, o con optimismo, 100 millones de veces más débil ". Para observar sus objetivos, el equipo utilizará imágenes de alto contraste, que discierne esta gran diferencia de brillo entre el planeta y la estrella.
Uno de los objetivos que estudiará Webb es el conocido, anillo gigante de polvo y planetesimales orbitando una estrella joven llamada HR 4796A. Esta foto del telescopio espacial Hubble muestra una vasta, estructura de polvo compleja, alrededor de 150 mil millones de millas de ancho, envolviendo a la joven estrella HR 4796A. (La luz de HR 4796A y su compañero binario, HR 4796B, han sido bloqueados para revelar la estructura de polvo mucho más tenue). El estrecho anillo interior de polvo que rodea la estrella puede haber sido acorralado por la atracción gravitacional de un planeta gigante invisible. Crédito:NASA, ESA, y G. Schneider (Universidad de Arizona)
Webb tendrá la capacidad de observar sus objetivos en el infrarrojo medio, que es invisible para el ojo humano, pero con una sensibilidad muy superior a la de cualquier otro observatorio jamás construido. Esto significa que Webb será sensible a una clase de planeta aún no detectada. Específicamente, Los planetas similares a Saturno con separaciones orbitales muy amplias de su estrella anfitriona pueden estar al alcance de Webb.
"Nuestro programa está orientado a los jóvenes, planetas recién formados y los sistemas que habitan, ", explicó la co-investigadora principal Beth Biller de la Universidad de Edimburgo." Webb nos permitirá hacer esto con mucho más detalle y en longitudes de onda que nunca antes habíamos explorado. Por lo tanto, será vital para comprender cómo se forman estos objetos, y cómo son estos sistemas ".
Probando las aguas
Las observaciones del equipo serán parte del programa de ciencia de salida temprana discrecional del director, lo que proporciona tiempo para proyectos seleccionados al principio de la misión del telescopio. Este programa permite a la comunidad astronómica aprender rápidamente cómo utilizar mejor las capacidades de Webb, al mismo tiempo que produce una ciencia sólida.
"Con nuestro programa ERS, Realmente estaremos 'probando las aguas' para comprender cómo se desempeña Webb, ", dijo Hinkley." Realmente necesitamos la mejor comprensión de los instrumentos, de la estabilidad, de la forma más eficaz de posprocesar los datos. Nuestras observaciones le dirán a nuestra comunidad la forma más eficiente de usar Webb ".
Los objetivos
El equipo de Hinkley utilizará los cuatro instrumentos de Webb para observar tres objetivos:un exoplaneta descubierto recientemente; un objeto que sea un exoplaneta o una enana marrón; y un bien estudiado anillo de polvo y planetesimales que orbitan alrededor de una estrella joven.
Planificación del programa
Para planificar este programa de ciencia de salida temprana, Hinkley le hizo a la mayor cantidad posible de miembros de la comunidad astronómica la pregunta simple:si desea planificar una encuesta para buscar exoplanetas, ¿Cuáles son las preguntas a las que necesita respuestas para planificar sus encuestas?
"Lo que se nos ocurrió fue un conjunto de observaciones que creemos que responderán a esas preguntas. Vamos a decirle a la comunidad que esta es la forma en que Webb se desempeña en este modo, este es el tipo de sensibilidad que obtenemos, y este es el tipo de contraste que logramos. Y tenemos que cambiar eso rápidamente e informar a la comunidad para que puedan preparar sus propuestas realmente, muy rápido ".
El equipo está emocionado de ver sus objetivos en longitudes de onda nunca antes detectadas, y compartir sus conocimientos. Según Biller, "Hace años pudimos ver que para algunos de los planetas que ya hemos descubierto, Webb sería realmente transformador ".
El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y Agencia Espacial Canadiense.
