Mucho antes de que se desplegara en órbita terrestre baja desde la Estación Espacial Internacional en noviembre de 2017, La pequeña nave espacial ASTERIA tenía un gran objetivo:demostrar que un satélite del tamaño aproximado de un maletín podría realizar algunas de las complejas tareas que utilizan los observatorios espaciales mucho más grandes para estudiar exoplanetas. o planetas fuera de nuestro sistema solar. Un nuevo artículo que pronto se publicará en el Diario astronómico describe cómo ASTERIA (abreviatura de Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) no solo demostró que podía realizar esas tareas, sino que fue más allá, detectando el exoplaneta conocido 55 Cancri e.

Ardientemente caliente y aproximadamente el doble del tamaño de la Tierra, 55 Cancri e orbita muy cerca de su estrella madre parecida al Sol. Los científicos ya conocían la ubicación del planeta; buscarlo era una forma de probar las capacidades de ASTERIA. La pequeña nave espacial no fue diseñada inicialmente para realizar ciencia; bastante, como demostración de tecnología, El objetivo de la misión era desarrollar nuevas capacidades para misiones futuras. El salto tecnológico del equipo fue construir una pequeña nave espacial que pudiera realizar un control de puntería fino, esencialmente la capacidad de permanecer enfocado de manera muy constante en un objeto durante largos períodos.

Basado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, el equipo de la misión diseñó nuevos instrumentos y hardware, superando las barreras tecnológicas existentes para crear su carga útil. Luego tuvieron que probar su prototipo en el espacio. Aunque su misión principal fue de solo 90 días, ASTERIA recibió tres extensiones de misión antes de que el equipo perdiera contacto con ella en diciembre pasado.

El CubeSat utilizó un control de puntería fina para detectar 55 Cancri e mediante el método de tránsito, en el que los científicos buscan caídas en el brillo de una estrella causadas por un planeta que pasa. Al hacer detecciones de exoplanetas de esta manera, Los propios movimientos o vibraciones de una nave espacial pueden producir sacudidas en los datos que podrían malinterpretarse como cambios en el brillo de la estrella. La nave espacial necesita mantenerse estable y mantener la estrella centrada en su campo de visión. Esto permite a los científicos medir con precisión el brillo de la estrella e identificar los pequeños cambios que indican que el planeta ha pasado frente a ella. bloqueando algo de su luz.

ASTERIA sigue los pasos de un pequeño satélite pilotado por la Agencia Espacial Canadiense llamado MOST (Microvariability and Oscillations of Stars), que en 2011 realizó la primera detección de tránsito de 55 Cancri e. MOST era aproximadamente seis veces el volumen de ASTERIA, todavía increíblemente pequeño para un satélite astrofísico. Equipado con un telescopio de 5,9 pulgadas (15 centímetros), MOST también fue capaz de recolectar seis veces más luz que ASTERIA, que llevaba un telescopio de 2,4 pulgadas (6 centímetros). Debido a que 55 Cancri e bloquea solo el 0.04% de la luz de su estrella anfitriona, fue un objetivo especialmente desafiante para ASTERIA.

"Detectar este exoplaneta es emocionante, porque muestra cómo estas nuevas tecnologías se unen en una aplicación real, "dijo Vanessa Bailey, el investigador principal del equipo científico de exoplanetas de ASTERIA en JPL. "El hecho de que ASTERIA duró más de 20 meses más allá de su misión principal, dándonos un valioso tiempo extra para hacer ciencia, destaca la gran ingeniería que se realizó en JPL y MIT ".

Gran hazaña

La misión hizo lo que se conoce como detección marginal, lo que significa que los datos del tránsito no lo harían, por sí mismo, han convencido a los científicos de que el planeta existía. (Las señales débiles que se parecen al tránsito de un planeta pueden ser causadas por otros fenómenos, por lo que los científicos tienen un alto estándar para declarar la detección de un planeta). Pero al comparar los datos del CubeSat con observaciones previas del planeta, el equipo confirmó que efectivamente estaban viendo 55 Cancri e. Como demostración técnica, ASTERIA tampoco se sometió a los típicos preparativos previos al lanzamiento para una misión científica, lo que significó que el equipo tuvo que hacer un trabajo adicional para garantizar la precisión de su detección.

"Fuimos tras un objetivo difícil con un pequeño telescopio que ni siquiera estaba optimizado para realizar detecciones científicas, y lo conseguimos, aunque sea apenas, "dijo Mary Knapp, el científico del proyecto ASTERIA en el Observatorio Haystack del MIT y autor principal del estudio. "Creo que este artículo valida el concepto que motivó la misión ASTERIA:que las pequeñas naves espaciales pueden contribuir en algo a la astrofísica y la astronomía".

Si bien sería imposible empaquetar todas las capacidades de una nave espacial de caza de exoplanetas más grande como el Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA en un CubeSat, El equipo de ASTERIA prevé que estos pequeños paquetes desempeñarán un papel de apoyo para ellos. Pequeños satélites, con menos exigencias en su tiempo, podría usarse para monitorear una estrella durante largos períodos con la esperanza de detectar un planeta no descubierto. O, después de que un gran observatorio descubre un planeta en tránsito con su estrella, un pequeño satélite podría estar atento a los tránsitos posteriores, liberar el telescopio más grande para que haga un trabajo que los satélites más pequeños no pueden.

Astrofísica Sara Seager, investigador principal de ASTERIA en el MIT, recibió recientemente una subvención de Estudios SmallSat de Ciencia Astrofísica de la NASA para desarrollar un concepto de misión para un seguimiento de ASTERIA. La propuesta describe una constelación de seis satélites aproximadamente dos veces más grande que ASTERIA que buscaría exoplanetas de tamaño similar a la Tierra alrededor de estrellas cercanas como el Sol.

Pensando en pequeño

Para construir el satélite de caza de planetas más pequeño de la historia, ASTERIA no era simplemente el hardware que se encogía utilizado en naves espaciales más grandes. En muchos casos, tenían que adoptar un enfoque más innovador. Por ejemplo, el satélite MOST utilizó una cámara con un detector de dispositivo de carga acoplada (CCD), que es común para los satélites espaciales; ASTERIA, por otra parte, estaba equipado con un detector complementario de semiconductores de óxido de metal (CMOS), una tecnología bien establecida que se utiliza normalmente para realizar mediciones precisas de brillo en luz infrarroja, luz no visible. Basado en CMOS de ASTERIA, La cámara de luz visible proporcionó múltiples ventajas sobre un CCD. Uno grande:ayudó a mantener ASTERIA pequeña porque operaba a temperatura ambiente, eliminando la necesidad del gran sistema de enfriamiento que requeriría un CCD de funcionamiento en frío.

"Esta misión ha consistido principalmente en aprender, "dijo Akshata Krishnamurthy, co-investigador y co-líder de análisis de datos científicos para ASTERIA en JPL. "Hemos descubierto tantas cosas que los futuros satélites pequeños podrán hacer mejor porque primero demostramos la tecnología y las capacidades. Creo que hemos abierto las puertas".