En los años transcurridos desde que los astrónomos descubrieron el primer exoplaneta, un planeta que orbita una estrella fuera del sistema solar, más de 4, 000 se han observado. Generalmente, su presencia es revelada por los leves efectos que tienen en sus estrellas madre, que los eclipsa enormemente. Durante una década y media, Los científicos han estado tratando de obtener imágenes de exoplanetas directamente, pero la atmósfera de la Tierra presenta un impedimento importante cuando intentan aprovechar grandes telescopios terrestres.

Ahora, Un equipo de científicos e ingenieros estadounidenses y japoneses que incluye a investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara ha desarrollado una nueva cámara de caza de exoplanetas. Desplegado en el telescopio Subaru en Maunakea, Hawai, El dispositivo es la cámara superconductora más grande del mundo por recuento de píxeles y allanará el camino para la obtención de imágenes directas de planetas extrasolares en un futuro próximo. Un artículo sobre instrumentos que aparece en Publicaciones de la Sociedad de Astronomía del Pacífico anunció el nuevo dispositivo a la comunidad astronómica.

Construido por investigadores en el laboratorio del profesor Ben Mazin, La cámara de exoplanetas MKID (MEC) utiliza detectores de inductancia cinética de microondas (MKID) para permitir a los científicos obtener imágenes directamente de exoplanetas y discos alrededor de estrellas brillantes. El detector funciona a una velocidad de 90 milikelvin, apenas un toque por encima del cero absoluto, y es la primera cámara superconductora desplegada de forma permanente que opera en el espectro óptico y del infrarrojo cercano.

"En las imágenes directas de exoplanetas, está intentando obtener imágenes de planetas que son millones de veces más débiles que sus estrellas madres, "dijo Sarah Steiger, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Mazin que trabajó en la tubería MKID. "Es el equivalente a intentar ver una luciérnaga junto a un estadio de fútbol completamente iluminado desde un avión.

"Y lo que es más, si haces esto desde el suelo, debes mirar a través de la turbulenta atmósfera de la Tierra, ", continuó. Esta turbulencia es lo que hace que las estrellas brillen en el cielo nocturno, y es un dolor de cabeza perenne para los astrónomos, distorsionando las imágenes y proyectando la luz de las estrellas sobre exoplanetas tenues.

"Es una batalla constante para evitar que la luz parásita de la estrella abrume por completo al planeta, "dijo el estudiante de doctorado Neelay Fruitwala.

Los observatorios modernos utilizan óptica adaptativa para corregir estas distorsiones. Los sistemas se basan en ciclos de retroalimentación rápidos y algoritmos complejos para doblar el espejo de un telescopio miles de veces por segundo de manera que contrarresten los efectos de la atmósfera. permitiendo a los científicos recuperar una imagen como si el telescopio estuviera en el espacio.

"Estos sistemas de óptica adaptativa muy complicados nos permiten descubrir planetas como los de HR 8799, que es un sistema con cuatro planetas todos por encima de la masa de Júpiter orbitando en él, ", dijo Mazin. Pero también pueden dispersar la luz, que oscurece exoplanetas débiles. "Descubrimos que el solo uso de la óptica adaptativa por sí solo nos iba a encontrar un puñado de planetas, es decir, aquellos que aún brillaban con el calor de su formación, que simplemente no son tan comunes en nuestro vecindario estelar".

Otra ventaja de los MKID radica en su capacidad para determinar la energía de cada fotón que golpea el detector. "Esto nos permite no solo determinar el brillo de un planeta, "Steiger dijo, "sino también para obtener un espectro (el brillo en función de la energía), que puede revelar información adicional sobre las propiedades de un exoplaneta, como su edad, masa y composición potencialmente atmosférica ".

Los detectores más avanzados emplean un coronógrafo, que bloquea parte de la luz de la estrella anfitriona para que los científicos puedan discernir mejor la luz que se refleja en el planeta. Esto es importante para obtener imágenes de sistemas cercanos, la mayoría de los cuales no son particularmente jóvenes. Sin embargo, Obtener el mejor rendimiento de una configuración de este tipo requiere una óptica adaptativa extremadamente buena.

"Estos instrumentos están golpeando una pared en este momento, ", Dijo Mazin." Pueden bloquear la luz de la estrella en aproximadamente un factor de un millón, pero el problema es que la mayoría de los planetas son mil millones de veces más débiles que su estrella madre ".

Una ventaja de los MKID sobre las cámaras tradicionales es que son muy rápidos. Estos detectores pueden leer datos miles de veces por segundo, Cuáles son las velocidades requeridas para mantenerse al día con un sistema de óptica adaptativa, Steiger explicó. Esto permite que un MKID limpie aún más una imagen comunicándose con el sistema de óptica adaptativa del observatorio para eliminar parte de la luz estelar dispersa y difractada. Esto empuja los límites de cuán débil se puede obtener una imagen de un exoplaneta.

La cámara de exoplanetas MKID debería ampliar la gama de exoplanetas que los astrónomos pueden visualizar directamente a los que están cerca de la Tierra. Estos son los más importantes porque podemos caracterizarlos con mayor detalle, dijo el coautor Olivier Guyon, el científico del proyecto a cargo del instrumento Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO).

El objetivo final es buscar evidencia de vida, y el MEC es un paso importante en este viaje. "No vamos a poder hacer eso con Subaru, o con alguno de los telescopios actuales, porque son un poco demasiado pequeños, ", Dijo Guyon." Pero nos estamos preparando para el próximo gran paso, que consiste en desplegar cámaras de imágenes de exoplanetas en telescopios más grandes, como el Telescopio de Treinta Metros. Cuando esos telescopios se conecten, las mismas tecnologías, la misma camara, los mismos trucos nos permitirán buscar realmente la vida ".

Dicho eso todavía queda mucho trabajo por hacer, principalmente en el software y los algoritmos del MEC. El equipo recibió una gran subvención de la Fundación Heising-Simons para abordar este problema y desarrollar aún más la corrección óptica rápida durante los próximos años. "Estamos lanzando todos los trucos del libro a esto, "Mazin dijo, "y también estamos desarrollando nuevos trucos".

Los autores reconocen el importante papel cultural y la reverencia que tiene la cumbre de Maunakea dentro de la comunidad hawaiana y dijeron que se sienten afortunados de tener la oportunidad de realizar observaciones desde esta montaña.