Investigadores están perfeccionando la tecnología para buscar en un día signos de vida alienígena

Impresión artística basada en datos científicos publicados sobre el sistema solar HR 8799. El planeta magenta, HR 8799c está en primer plano. En comparación con Júpiter, este gigante de gas es aproximadamente siete veces más masivo y tiene un radio que es 20 por ciento más grande. Los compañeros planetarios del HR 8799c, d y b están en el fondo, orbitando su estrella anfitriona. Crédito: W. M. Keck Observatory / Adam Makarenko / C. Alvarez

Las nuevas observaciones de un joven gigante de gas demuestran el poder de un método basado en tierra para buscar firmas de vida. Los astrónomos han recopilado algunos de los mejores datos hasta la fecha sobre la composición de un planeta conocido como HR 8799c, un joven planeta gaseoso gigante, aproximadamente 7 veces la masa de Júpiter que orbita a su estrella cada 200 años.

El equipo utilizó instrumentos de vanguardia en el Observatorio W.M. Keck en Maunakea, Hawai, para confirmar la existencia de agua en la atmósfera del planeta, así como la falta de metano.

Mientras que otros investigadores habían realizado previamente mediciones similares de este planeta, estos nuevos y más robustos datos demuestran el poder de combinar la espectroscopia de alta resolución con una técnica conocida como óptica adaptativa, que corrige el efecto borroso de la atmósfera terrestre.

“Este tipo de tecnología es exactamente lo que queremos usar en el futuro para buscar signos de vida en un planeta similar a la Tierra. Todavía no hemos llegado pero estamos avanzando ", dice Dimitri Mawet, profesor asociado de astronomía en Caltech y científico investigador en JPL, que Caltech administra para la NASA.

Mawet es coautor de un nuevo artículo sobre los hallazgos publicados en The Astronomical Journal .

El autor principal es Ji Wang, ex becario postdoctoral en Caltech y ahora profesor asistente en la Universidad Estatal de Ohio.

Exoplaneta HR 8799c. Crédito: W. M. Keck Observatory / Adam Makarenko / C. Alvarez

Tomar imágenes de planetas que orbitan otras estrellas (exoplanetas) es una tarea formidable. La luz de las estrellas anfitrionas supera a los planetas, haciéndolos difíciles de ver.

Más de una docena de exoplanetas han sido fotografiados directamente hasta el momento, incluyendo HR 8799c y tres de sus compañeros planetarios. De hecho, HR 8799 es el único sistema de múltiples planetas que se toma una fotografía. Descubiertas usando ópticas adaptativas en el telescopio Keck II, las imágenes directas de HR8799 son las primeras de un sistema planetario que orbita una estrella distinta de nuestro sol.

Una vez que se obtiene una imagen, los astrónomos pueden usar instrumentos, llamados espectrómetros, para separar la luz del planeta, como un prisma que convierte la luz del sol en un arco iris, revelando así las huellas dactilares de los productos químicos. Hasta ahora, esta estrategia se ha utilizado para aprender sobre las atmósferas de varios exoplanetas gigantes.

El siguiente paso es hacer lo mismo solo para planetas más pequeños que están más cerca de sus estrellas (cuanto más cerca está un planeta de su estrella y más pequeño es su tamaño, más difícil es verlo).

El objetivo final es buscar sustancias químicas en las atmósferas de planetas similares a la Tierra que orbitan en la "zona habitable" de la estrella, incluidas las biosignaturas que podrían indicar vida, como el agua, el oxígeno y el metano.

El grupo de Mawet espera hacer esto con un instrumento en el próximo Telescopio Thirty Meter , un telescopio gigante que está siendo planeado para fines de 2020 por varios socios nacionales e internacionales, incluido Caltech.

Pero por ahora, los científicos están perfeccionando su técnica utilizando el Observatorio Keck y, en el proceso, aprendiendo sobre las composiciones y la dinámica de los planetas gigantes.

"En este momento, con Keck, ya podemos aprender sobre la física y la dinámica de estos gigantescos planetas exóticos, que no se parecen en nada a nuestros propios planetas del sistema solar", dice Wang.

En el nuevo estudio, los investigadores usaron un instrumento en el telescopio Keck II llamado NIRSPEC (espectrógrafo de ecelle criogénico de infrarrojo cercano), un espectrómetro de alta resolución que funciona con luz infrarroja.

Acoplaron el instrumento con la poderosa óptica adaptativa del Observatorio Keck, un método para crear imágenes más nítidas utilizando una estrella guía en el cielo como un medio para medir y corregir la turbulencia borrosa de la atmósfera de la Tierra.

Esta es la primera vez que se ha demostrado la técnica en planetas con imágenes directas utilizando lo que se conoce como banda L, un tipo de luz infrarroja con una longitud de onda de alrededor de 3.5 micrómetros, y una región del espectro con muchas huellas químicas detalladas.

El sistema planetario HR 8799 es el primer sistema solar más allá del nuestro que los astrónomos fotografiaron directamente. Capturada en 2008 con la óptica adaptativa de infrarrojo cercano del Observatorio Keck, la imagen reveló tres planetas (etiquetados como "b", "c" y "d") orbitando una estrella joven y polvorienta llamada HR 8799 (centro). En 2010, el equipo anunció que detectaron un cuarto planeta en el sistema (etiquetado como 'e'). El sistema HR 8799 se encuentra a 129 años luz de la Tierra. Crédito: Nrc-Hia / C. Observatorio Marois / W.M. Keck Observatory

"La banda L se ha pasado por alto en gran medida antes porque el cielo es más brillante en esta longitud de onda", dice Mawet. “Si fueras un extraterrestre con los ojos en sintonía con la banda L, verías un cielo extremadamente brillante. Es difícil ver exoplanetas a través de este velo".

Los investigadores dicen que la adición de la óptica adaptativa hizo que la banda L sea más accesible para el estudio del planeta HR 8799c. En su estudio, hicieron las mediciones más precisas de los componentes atmosféricos del planeta, confirmando que tiene agua y carece de metano como se pensaba anteriormente.

"Ahora estamos más seguros de la falta de metano en este planeta", dice Wang. “Esto puede deberse a la mezcla en la atmósfera del planeta. "El metano, que esperaríamos estar allí en la superficie, podría diluirse si el proceso de convección está trayendo capas más profundas del planeta que no tienen metano".

La banda L también es buena para realizar mediciones de la relación carbono-oxígeno de un planeta, un indicador de dónde y cómo se forma un planeta. Los planetas se forman a partir de discos giratorios de material alrededor de las estrellas, específicamente a partir de una mezcla de hidrógeno, oxígeno y moléculas ricas en carbono, como el agua, el monóxido de carbono y el metano.

Estas moléculas se congelan fuera de los discos formadores de planetas a diferentes distancias de la estrella, en los límites llamados líneas de nieve. Al medir la relación carbono-oxígeno de un planeta, los astrónomos pueden aprender acerca de sus orígenes.

El equipo de Mawet ahora se está preparando para encender su nuevo instrumento en el Observatorio Keck, llamado Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). También utilizará espectroscopía de alta resolución con ayuda de la óptica adaptativa, pero puede ver planetas que son más débiles que el HR 8799c y están más cerca de sus estrellas.

"KPIC es un trampolín hacia nuestro futuro instrumento del telescopio de treinta metros", dice Mawet. "Por ahora, estamos aprendiendo mucho sobre las innumerables formas en que se forman los planetas en nuestro universo".

Fuente: W. M. Keck Observatory