La NASA desarrolla nuevos métodos para medir la masa de los planetas errantes
A día de hoy se han encontrado miles de exoplanetas, la mayoría orbitando cerca de sus estrellas anfitrionas, pero son relativamente pocos los exoplanetas descubiertos que estén suspendidos libremente por la galaxia. Son los llamados planetas rebeldes, que no están ligados gravitacionalmente a ninguna estrella. Muchos astrónomos creen que estos planetas son más comunes de lo que creemos, pero que nuestras técnicas de búsqueda de planetas no han sido las adecuadas en la tarea de localizarlos.
La mayoría de los exoplanetas descubiertos hasta la
fecha se detectaron debido a que producen ligeras caídas en la luz observada de
sus estrellas anfitrionas, cuando se produce un tipo de “eclipse” al observar
desde nuestra posición. Estos eventos se denominan tránsitos.
El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA
realizará un sondeo para descubrir muchos más exoplanetas utilizando poderosas
técnicas adecuadas para un telescopio de campo amplio. Las estrellas de nuestra
galaxia, la Vía Láctea, se mueven y las alineaciones al azar pueden ayudarnos a
encontrar planetas rebeldes. Cuando uno de estos planetas se alinea con
precisión con una estrella distante, esto puede resultar en que se detecte que
la estrella brille. Durante esos eventos, la gravedad del planeta actúa como
una lente que magnifica brevemente la luz de la estrella de fondo. Si bien
Roman puede encontrar planetas rebeldes a través de esta técnica, llamada
microlente gravitacional, hay un inconveniente: la distancia al planeta que
hace de lente es poco conocida.
Un científico de Goddard, el Dr. Richard K. Barry,
está desarrollando un concepto de misión llamado CLEoPATRA (Contemporaneous
LEnsing Parallax and Autonomous TRansient Assay) para aprovechar los efectos de
paralaje para calcular estas distancias. El paralaje es el cambio aparente en
la posición de un objeto en primer plano visto por observadores en ubicaciones
ligeramente diferentes. Nuestros cerebros aprovechan las vistas ligeramente
diferentes de nuestros ojos para que podamos ver la profundidad. Los astrónomos
del siglo XIX establecieron, por primera vez, las distancias a las estrellas
cercanas utilizando el mismo efecto, midiendo cómo cambiaban sus posiciones en
relación con las estrellas de fondo a través de fotografías tomadas cuando la
Tierra estaba en lados opuestos de su órbita.
Funciona de forma un poco diferente con la
microlente, donde la alineación aparente del planeta y la estrella de fondo
distante depende en gran medida de la posición del observador. En este caso,
dos observadores bien separados, cada uno equipado con un reloj preciso,
presenciarían el mismo evento de microlente en momentos ligeramente diferentes.
El retraso de tiempo entre las dos detecciones permite a los científicos
determinar la distancia del planeta.
Para maximizar el efecto de paralaje, CLEoPATRA
viajaría en una misión con destino a Marte que se lance aproximadamente al
mismo tiempo que Roman, que está programado para finales de 2025. Eso lo
colocaría en su propia órbita alrededor del Sol, que alcanzaría una distancia
suficiente de la Tierra para medir de manera efectiva la señal de paralaje de
microlente y completar esta información restante.
El concepto CLEoPATRA también respaldaría el PRIME
(PRime-focus Infrared Microlensing Experiment), un telescopio terrestre que
está equipado con una cámara que utiliza cuatro detectores desarrollados por la
misión del Telescopio Espacial Roman. Las estimaciones de masa para los
planetas de microlentes detectados tanto por Roman como por PRIME, mejorarán
significativamente mediante las observaciones de paralaje simultáneas
proporcionadas por CLEoPATRA.
“CLEoPATRA estaría a una gran distancia del
observatorio principal, ya sea Roman o un telescopio en la Tierra”, dijo Barry.
“La señal de paralaje debería permitirnos calcular masas bastante precisas de
estos objetos, aumentando así el rendimiento científico”.
Stela Ishitani Silva, asistente de investigación en Goddard
y estudiante de doctorado de la Universidad Católica de América, en Washington,
dijo que obtener más información de estos planetas ayudará a llenar algunos de
los vacíos en nuestro conocimiento sobre cómo se forman los planetas.
“Queremos encontrar múltiples planetas de este tipo
y tratar de obtener información sobre sus masas, para que podamos entender qué
es común o qué no lo es en absoluto”, dijo Ishitani Silva. “Obtener la masa es
importante para comprender su desarrollo planetario”.
Para encontrar estos planetas de manera eficiente,
CLEoPATRA, que completó un estudio del Mission Planning Laboratory en Wallops
Flight Facility a principios de agosto, utilizará inteligencia artificial. El
Dr. Greg Olmschenk, un investigador postdoctoral que trabaja con Barry, ha
desarrollado una IA llamada RApid Machine learnEd Triage (RAMjET) para la
misión.
“Trabajo con ciertos tipos de inteligencia
artificial llamadas redes neuronales”, dijo Olmschenk. “Es un tipo de
inteligencia artificial que aprenderá a través de ejemplos. Le das un montón de
ejemplos de lo que deseas encontrar y lo que deseas que filtre, y aprenderá a
reconocer patrones en esos datos para tratar de encontrar las cosas que desea
conservar y desechar las cosas que no quieres”.
La IA reconocerá lo que necesita identificar y solo
enviará información importante. Al filtrar esta información, RAMjET ayudará a
CLEoPATRA a superar una velocidad de transmisión de datos extremadamente
limitada. CLEoPATRA tendrá que observar millones de estrellas cada hora
aproximadamente, y no hay forma de enviar todos esos datos a la Tierra. Por lo
tanto, la nave espacial tendrá que analizar los datos a bordo y enviar solo las
mediciones de las fuentes que detecte como eventos de microlentes.
“CLEoPATRA nos permitirá estimar muchas masas con
alta precisión para nuevos planetas detectados por Roman y PRIME”, dijo Barry.
“Y por primera vez, puede permitirnos capturar o estimar la masa real de un
planeta de este tipo, que nunca antes se había hecho. Tan genial y tan emocionante.
Realmente, es una nueva edad de oro para la astronomía en este momento y estoy
muy emocionado al respecto”.
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