Muchos de los mayores descubrimientos del telescopio Webb no provendrán de fotografías asombrosas

Muchos de los mayores descubrimientos del telescopio Webb no provendrán de fotografías asombrosas

A principios del siglo XXI, comenzó una nueva era de descubrimiento galáctico.

A través de los últimos telescopios terrestres y espaciales, los astrónomos comenzaron a detectar una gran cantidad de planetas fuera de nuestro sistema solar , llamados exoplanetas. En nuestra galaxia, la Vía Láctea, los científicos han confirmado más de 4480 exoplanetas , con miles de candidatos más. Algunos son probablemente mundos rocosos. Muchos son parte de una clase de planetas denominados “súper-Tierras”, orbes de dos a diez veces más grandes que nuestro suave mundo azul . Otros son gigantes gaseosos como el imponente Júpiter.

Podría haber más de un billón de exoplanetas solo en nuestra galaxia. Pero sabemos muy poco sobre ellos. 

“Apenas hemos podido arañar la superficie”, explicó Néstor Espinoza, investigador de exoplanetas en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, que dirige el Telescopio Espacial James Webb , o JWST, recientemente lanzado.

“Apenas hemos podido arañar la superficie”.

El esperado telescopio capturará imágenes sin precedentes de algunos de los reinos más profundos del espacio , donde se formaron las primeras galaxias. Pero el poderoso instrumento espacial también dedicará un tiempo considerable, una cuarta parte completa de su primer año y probablemente más tiempo después de eso, a observar exoplanetas aquí en la Vía Láctea.

JWST cuenta con equipos especializados, llamados espectrómetros , que revolucionarán nuestra comprensión de estos mundos lejanos. Descubriremos si las atmósferas de estos planetas, a billones de kilómetros de distancia, contienen las cosas que permiten que la vida (tal como la conocemos) florezca: ingredientes esenciales como agua, dióxido de carbono y metano. No se espera que los instrumentos entreguen fotos sorprendentes de exoplanetas, pero transmitirán una gran cantidad de información sobre mundos que aún solo podemos imaginar.

ilustración de un artista de un exoplaneta súper-TierraLa concepción de un artista de la supertierra Kepler-186f que orbita alrededor de su estrella. Crédito: NASA Ames / Instituto SETI / JPL-Caltech

Viendo lo invisible

Algunos de los exoplanetas más comunes son súper-Tierras. El exoplaneta Kepler-186f , por ejemplo, es un poco más grande que la Tierra y orbita alrededor de su estrella en una región donde puede existir agua líquida (llamada zona habitable). Pero los científicos planetarios consideran que otras supertierras son lugares despiadados, como K2-131b, que orbita tan cerca de su estrella que puede ” vaporizar metal “. Los astrónomos han encontrado más de 1.500 de estas diversas súper-Tierras, hasta el momento. Pero siguen siendo misteriosos.

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¿Alguno de ellos es remotamente como la Tierra? Ni siquiera sabemos si tienen atmósferas.

“Webb nos permitirá hacer estas detecciones”, explicó Espinoza. Veremos si alguno de estos planetas contiene dióxido de carbono y agua como la Tierra. “Es enorme”, dijo.

Webb observará los exoplanetas conocidos, en lugar de usar el valioso tiempo del telescopio para detectar nuevos. La mayoría fueron descubiertos por el telescopio Kepler , profundamente productivo y buscador de planetas, que observó atentamente las estrellas en pequeñas ventanas del espacio durante casi una década, en busca de caídas en su brillo. Esas caídas a menudo eran causadas por planetas que pasaban frente a sus estrellas. Incluso para el poderoso JWST, con un espejo dorado de más de 21 pies de ancho, estas súper-Tierras distantes aparecerán como puntos. Pero el telescopio aún puede aprender mucho sobre las atmósferas de estos mundos.

Los astrónomos emplearán una táctica inteligente para ver lo invisible. Esperarán a que los planetas viajen frente a sus brillantes estrellas. Esta luz estelar pasa a través de la atmósfera del exoplaneta, luego a través del espacio y, finalmente, a los instrumentos llamados espectrógrafos a bordo del JWST (una estrategia llamada “espectroscopia de tránsito”). Son esencialmente prismas de alta tecnología, que separan la luz en un arcoíris de colores. Aquí está el gran truco: ciertas moléculas, como el agua, en la atmósfera absorben tipos o colores específicos de luz. “Cada molécula tiene una dieta específica”, explicó Espinoza. Entonces, si ese color no aparece en el espectro de colores observado por un espectrógrafo Webb, eso significa que fue absorbido (o “consumido”) por la atmósfera del exoplaneta. En otras palabras, ese elemento está presente en ese planeta. cielos El espectrógrafo produce líneas (que designan diferentes tipos de luz), no imágenes bonitas; pero es una gran cantidad de información invaluable.

un espectro de luz de un espectrógrafo del telescopio espacial James WebbUn espectro de luz de las pruebas de NIRCam, un generador de imágenes a bordo del telescopio espacial James Webb. Crédito: NIRCam / SPIE / Néstor Espinoza un exoplaneta transitando frente a su estrellaConcepción artística de un exoplaneta que pasa frente a su estrella. Aquí es cuando los astrónomos usan la espectroscopia de tránsito. Crédito: ESA / Hubble / NASA / M. Kornmesser

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“Podremos saber de qué están hechos [los planetas]”, dijo Mercedes López-Morales, investigadora de exoplanetas y astrofísica del Centro de Astrofísica-Harvard & Smithsonian, un grupo de investigación colaborativo entre el Observatorio Astrofísico Smithsonian y el Observatorio de la Universidad de Harvard. López-Morales forma parte de un equipo que investiga atmósferas de exoplanetas con las próximas observaciones de Webb. (Los espectrómetros también recopilarán información sobre las atmósferas de otras maneras , pero la espectroscopia de tránsito es un método principal, explicó).

Para planetas más grandes que orbitan lejos de sus estrellas, como Neptuno o más grandes, Webb tomará imágenes directas de estos mundos. Estos planetas considerables, a menudo monstruos gaseosos jóvenes y calientes, emanan mucha más luz que los planetas más pequeños. Esta es luz infrarroja, que el ojo humano no puede ver , pero Webb puede verla, y en cantidades lo suficientemente grandes como para descifrarla desde billones de kilómetros de distancia.

el telescopio espacial James Webb en el espacio (ilustración)Ilustración de un artista del telescopio espacial James Webb mirando hacia el cosmos. Crédito: NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutiérrez

¿Hay vida ahí fuera?

Webb nos dirá si nuestro sistema solar es extraño o normal. (Alternativamente, podría decirnos si hay o no un normal ).

Abundan las preguntas. ¿Cómo son la mayoría de los sistemas solares? ¿Es raro un planeta como la Tierra, un lugar lleno de agua y que orbita en una zona habitable relativamente agradable? ¿Nuestros gigantes gaseosos, como Júpiter y Saturno, tienen atmósferas similares a las de otros gigantes?

“Webb, por primera vez, nos permitirá poner nuestro sistema solar en contexto”, dijo López-Morales. 

Pero no nos dirá si un planeta alberga vida. Un mundo puede tener todos los ingredientes correctos, pero identificar la vida está mucho más allá de las capacidades incluso del telescopio espacial más poderoso jamás construido. “¿Tiene vida o no? Esa es una pregunta muy complicada”, enfatizó Espinoza.

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Es complicado porque una gran cantidad de ingredientes influyen en la habitabilidad. La atmósfera de un planeta podría terminar siendo extremadamente espesa y pesada, como la de Venus, lo que extingue la posibilidad de vida en la superficie. O tal vez un mundo está repleto de agua, pero está dominado por intensas glaciaciones, lo que deja pocas oportunidades para que florezcan los organismos. Todo esto es conocimiento integral. “Afirmar que un planeta es como la Tierra requiere mucha información”, dijo López-Morales.

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Pero, de manera crucial, las observaciones de Webb señalarán a los científicos de exoplanetas en la dirección correcta. “Nos lleva al siguiente nivel”, dijo López-Morales. Un planeta con elementos y condiciones algo similares a la Tierra sería oro científico. Tal mundo “se convertiría inmediatamente en un candidato de alta prioridad” para una mayor investigación, dijo. 

la concepción de un artista de la superficie de un exoplanetaConcepción artística de la superficie de un exoplaneta, con su estrella al fondo. Crédito: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle el exoplaneta 55 Cancri e (concepción del artista)Ilustración artística del exoplaneta 55 Cancri e. En esta concepción, su superficie está cubierta de lava. Crédito: NASA

Incluso futuros telescopios más avanzados, potencialmente lanzados al espacio en la década de 2030 y diseñados para sondear mejor los exoplanetas similares a la Tierra, podrían seguir las pistas prometedoras de Webb. 

Aunque, lo que es más importante, a medida que la humanidad busca el potencial de vida en exoplanetas ubicados en regiones cálidas de los sistemas solares, podemos ignorar inherentemente otros lugares donde la vida podría florecer. En nuestro sistema solar natal, los científicos están entusiasmados con las perspectivas de que florezcan formas de vida en (sospechados) mares salados en la lejana luna Europa de Júpiter. La luna de Saturno, Encelado, también puede albergar un océano bajo una capa de hielo. “Estos lugares donde pensamos que podría existir vida están todos fuera de la zona habitable”, señaló Jason Steffen, profesor asistente de física en la Universidad de Nevada, Las Vegas, que investiga exoplanetas. Centrarse en regiones donde podría existir un mundo como la Tierra podría darnos una ceguera.

“Podríamos aprender cosas en las que nunca pensamos”.

Aún así, JWST le dará a la humanidad una imagen sin precedentes (aunque no literalmente) de lo que hay afuera, orbitando otras estrellas en la galaxia. Quién sabe lo que encontraremos.

“Podríamos aprender cosas en las que nunca pensamos”, dijo López-Morales.

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