La próxima generación de telescopios nos informará sobre el clima en otros mundos
7 min readEl campo de la astronomía está a punto de revolucionarse gracias a la introducción de telescopios extremadamente grandes que se basan en espejos primarios de 30 metros (o más) de diámetro, óptica adaptativa (AO), coronógrafos y espectrómetros avanzados. Esto incluirá el nombre epónimo. Telescopio extremadamente grande (ELT), el Telescopio Magallanes Gigante (GMT), y el telescopio de treinta metros (TMT). Estos telescopios permitirán a los astrónomos estudiar exoplanetas utilizando el método Direct Imaging (DI), que proporcionará valiosos datos sobre la composición de sus atmósferas.
De acuerdo a un nuevo estudio por un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Ohio (OSU), estos telescopios también permitirán a los astrónomos estudiar “objetos ultrafríos”, como estrellas de muy baja masa (VLM), enanas marrones y exoplanetas. Además de poder visualizar manchas de estrellas magnéticas y determinar las composiciones químicas de estos objetos, los ELT podrán revelar detalles sobre la dinámica atmosférica y los sistemas de nubes. Este tipo de estudios podría revelar una gran cantidad de información sobre algunos de los objetos menos estudiados de nuestro universo y contribuir significativamente a la búsqueda de vida más allá de nuestro sistema solar.
El estudio fue realizado por Michael K. Plummer y ji wang, un doctorado estudiante y profesor de astronomía en OSU (respectivamente), como parte de la tesis doctoral de Plummer. Plummer también es un oficial y piloto que estudió previamente en la Academia de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, mientras que Wang se especializa en crear instrumentos sensibles que permitan estudios más detallados de exoplanetas. El artículo que describe sus hallazgos, titulado “Mapeo de los cielos de mundos ultrafríos: detección de tormentas eléctricas y manchas solares con telescopios extremadamente grandes”, fue recientemente aceptado para su publicación en El Diario de Astrofísica.
El estudio de objetos ultrafríos es un campo en crecimiento en la astronomía, que ha sido muy difícil con los telescopios ópticos. Gracias a los avances en el infrarrojo y la radioastronomía, los astrónomos han aprendido mucho sobre estos objetos en los últimos años, lo que les permite comprender mejor el alcance y la naturaleza de los objetos de nuestro Universo. Como Plummer le dijo a Universe Today por correo electrónico:
“Las enanas ultrafrías, incluidas las estrellas de menor masa y las enanas marrones, tienen temperaturas efectivas que permiten que se formen condensados en su atmósfera. Estos condensados pueden incluir nubes de metal y silicato. Se cree que en la transición espectral L/T alrededor de 1300 K, las nubes comienzan a llover, creando características atmosféricas desiguales. Para rotadores rápidos, esto puede conducir a una gran variabilidad en las señales espectrales y fotométricas que observamos para estos objetos.
Al revisar las capacidades de los telescopios de próxima generación, Plummer y Wang consideraron cómo sus espectrómetros altamente sensibles, las capacidades de imágenes infrarrojas y la relación señal-ruido mejorada permitirían estudios más detallados de MLV, enanas marrones y exoplanetas. Éstas incluyen Espectroscopia de tránsito (una variante de la fotometría de tránsito), donde los planetas transitan periódicamente frente a sus estrellas (en relación con el observador), pasando luz a través de su atmósfera. También existe la espectroscopia directa, una variante del método de imagen directa.
En este caso, los astrónomos confían en los coronógrafos para bloquear la luz de una estrella, haciendo que la luz reflejada en las atmósferas y las superficies de los exoplanetas sea visible para sus instrumentos. De cualquier manera, Plummer y sus colegas observaron los tipos de características atmosféricas que estos observatorios y sus instrumentos avanzados podrían visualizar. Como agregó Plummer:
“También se ha propuesto que las características de bandas (como vemos en Júpiter) pueden ser responsables de la variabilidad observada. Las imágenes Doppler pueden mapear características climáticas a gran escala en estos objetivos ultrafríos, iluminando la estructura térmica, química y dinámica de los objetos subestelares. Esto puede ayudarnos a comprender si las atmósferas de estos objetos son en su mayoría bandas, irregulares o una combinación de los dos regímenes.
Para su estudio, Plummer y Wang abordaron los espectrógrafos que utilizarán los telescopios de clase de 30 metros para realizar estudios estelares y exoplanetarios. Esto incluye el Detector de tierra grande del consorcio GMT (G-CLEF), un espectrógrafo de escala de luz visible con óptica adaptativa que realizará mediciones de velocidad radial (RV) con una precisión de al menos 50 cm/s. Estas capacidades permitirán a los astrónomos con GMT caracterizar las estrellas más pobres en metales, medir las masas de los exoplanetas (tan pequeños como el tamaño de Marte) alrededor de estrellas de tipo M (enanas rojas) y detectar el oxígeno gaseoso en la atmósfera de los exoplanetas. utilizando espectros de transmisión. .
En segundo lugar, hay TMT Espectrógrafo infrarrojo limitado de difracción multiobjetivo de alta resolución (MODHIS), una instalación de infrarrojos de difracción limitada de alta resolución. como miembro de Sistema de óptica adaptativa infrarroja de campo estrecho (NFIRAOS), MODHIS realizará mediciones de RV de precisión (30 cm/s o más) y obtendrá espectros de atmósferas de exoplanetas utilizando el método Tranist e imágenes directas (gracias al instrumento coronógrafo del TMT). Además, medirá las rotaciones de exoplanetas, las velocidades radiales, la dinámica de las nubes y el clima.
En tercer lugar, están los ELT Generador de imágenes y espectrógrafo ELT de infrarrojo medio (METIS), que cubre la gama completa de longitudes de onda infrarrojas y se utilizará para estudiar todo, desde cuerpos del sistema solar hasta estrellas, discos protoplanetarios, exoplanetas y galaxias distantes. Sobre la base de su evaluación de estos instrumentos y sus capacidades, Plummer y Wang ilustraron el tipo de investigación que permitirían (y sus inmensas implicaciones). Como explicó Plummer:
“Los próximos ELT y sus instrumentos espectroscópicos planificados proporcionarán la relación señal-ruido y la resolución espectral necesarias para crear mapas de imágenes Doppler para enanas marrones débiles y, probablemente, los exoplanetas más brillantes, que también se encuentran a grandes distancias orbitales de sus estrellas anfitrionas Doppler. Las imágenes de planetas gigantes extrasolares nos ayudarán a comprender cómo las atmósferas de los gigantes gaseosos difieren de las observadas en nuestro propio sistema solar.
“Las enanas marrones también son excelentes análogos para los planetas gigantes gaseosos extrasolares debido a su temperatura, tamaño y clases espectrales similares. Tienen espectros rojos similares (probablemente de nubes ópticamente gruesas) como muchos gigantes gaseosos que hemos fotografiado directamente (por ejemplo, los planetas HR 8799).
Se esperan avances increíbles en los próximos años, gracias a los telescopios e instrumentos de nueva generación que revelarán más y más sobre el Universo. Hoy en día, los astrónomos también se benefician de una mayor participación pública y colaboración entre los observatorios y los científicos ciudadanos, que ayudan a clasificar las pilas de datos científicos. El aprendizaje automático y los algoritmos más avanzados también se utilizan con mayor frecuencia, lo que aumenta drásticamente la velocidad a la que se descubren nuevos objetos y exoplanetas.
Además de los volúmenes de información que esto proporcionará, también está la forma en que herramientas y métodos más sofisticados provocan la transición del descubrimiento a la caracterización. No solo habrá un aumento exponencial en la cantidad de exoplanetas y otros cuerpos confirmados, sino que también existe el hecho de que los científicos podrán examinarlos mucho más de cerca. Con la capacidad de determinar las composiciones químicas e incluso ver los patrones climáticos, los científicos pueden determinar si los exoplanetas distantes son “habitables”.
¿Quién sabe? ¡Con un poco de suerte, los datos podrían revelar la primera evidencia de vida más allá de la Tierra y posiblemente incluso una civilización avanzada o dos!
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