Los científicos describen un telescopio gravitacional que puede fotografiar exoplanetas

Diagrama que muestra una técnica de imagen conceptual que utiliza el campo gravitacional del Sol para amplificar la luz de los exoplanetas. Esto permitirá una reconstrucción muy avanzada de cómo se ven los exoplanetas. Crédito: Aleksandar Madurovic

Desde el descubrimiento del primer exoplaneta en 1992, los astrónomos han descubierto más de 5000 planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. Pero cuando los astrónomos descubren un nuevo exoplaneta, no aprendemos mucho sobre él: sabemos que existe y algunas características, pero el resto es un misterio.


Para evitar las limitaciones físicas de los telescopios, los astrofísicos de la Universidad de Stanford han trabajado en una nueva técnica de imagen conceptual que será 1000 veces más precisa que las técnicas de imagen más potentes que se utilizan actualmente. Al aprovechar el efecto de la torsión gravitacional en el espacio-tiempo, llamado lente, los científicos pueden manipular este fenómeno para crear imágenes mucho más avanzadas que las actuales.

En un artículo publicado el 2 de mayo en Diario astrofísicoInvestigadores describen un método para manipular la energía solar lente de gravedad Para observar planetas fuera de nuestro sistema solar. Al colocar el telescopio, el sol y el exoplaneta en línea con el sol en el medio, los científicos pueden usar el campo gravitatorio del sol para aumentar la luz del exoplaneta a medida que pasa. diferente a lupa eso contiene Superficie curva quien desvía la luz, un lente de gravedad curva Tiempo libre Fue capaz de fotografiar objetos distantes.

«Queremos tomar fotografías de los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas que sean tan buenas como las fotografías que podemos tomar de los planetas de nuestro sistema solar», dijo Bruce MacIntosh, profesor de física en la Facultad de Humanidades y Ciencias de la Universidad de Stanford. Subdirector del Instituto Kavli de Física de Partículas y Cosmología (KIPAC). «Con esta tecnología, esperamos tomar una imagen de un planeta a 100 años luz de distancia que tenga el mismo efecto que la imagen de la Tierra del Apolo 8».

El problema en este momento es que su método propuesto requerirá más viajes espaciales de los que están disponibles actualmente. Sin embargo, la promesa del concepto y lo que puede revelar sobre otros planetas lo hace digno de estudio y desarrollo continuos, dijeron los investigadores.

Ventajas de la flexión ligera.

La lente gravitatoria no se observó experimentalmente hasta 1919 durante un eclipse solar. Con la luna bloqueando la luz del sol, los científicos pudieron ver estrellas cerca del sol a medida que se alejaban de sus ubicaciones conocidas. Esta fue una evidencia inequívoca de que la gravedad puede desviar la luz y la primera evidencia observacional de que la teoría de la relatividad de Einstein era correcta. Más tarde, en 1979, Von Eshleman, profesor de la Universidad de Stanford, publicó una descripción detallada de cómo los astrónomos y las naves espaciales explotan la lente gravitatoria solar. (Mientras tanto, los astrónomos, incluidos varios del Instituto de Quebec en Stanford, utilizan habitualmente la fuerte atracción gravitatoria de las galaxias más masivas para estudiar la evolución temprana del universo).

Pero la tecnología de imágenes no se exploró en detalle hasta 2020 para las observaciones planetarias. Slava Turishev del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California ha descrito una tecnología en la que un telescopio espacial puede usar cohetes para escanear rayos de luz de un planeta para recrear una imagen clara, pero la tecnología requiere mucho combustible y tiempo.

Basado en el trabajo de Turishchev, Alexander Madurovich, Ph.D. Un estudiante de KIPAC, un nuevo método que puede reconstruir la superficie de un planeta a partir de una sola imagen tomada mirando directamente al Sol. Al capturar un anillo de luz alrededor del sol formado por un exoplaneta, un algoritmo diseñado por Madurovic puede cancelar la distorsión de la luz del anillo invirtiendo la flexión de una lente gravitatoria, convirtiendo el anillo nuevamente en un planeta circular.

Madurovic demostró su trabajo utilizando imágenes de la Tierra en rotación tomadas por el satélite DSCOVR, ubicado entre la Tierra y el Sol. Luego, usó un modelo de computadora para ver cómo se vería la Tierra a través de los efectos de la torsión gravitatoria del sol. Al aplicar su algoritmo a las observaciones, Madurovic pudo recuperar imágenes de la Tierra y probar la exactitud de sus cálculos.

Para capturar una imagen de un exoplaneta a través de una lente gravitacional solar, el telescopio debe colocarse al menos 14 veces más lejos del Sol que Plutón, más allá del borde de nuestro planeta. Sistema solarY más lejos que nunca, los humanos han enviado una nave espacial. Pero la distancia es una fracción de años luz entre el Sol y un exoplaneta.

“Al decodificar la luz que desvía el sol, se puede crear una imagen que supera con creces la de un telescopio ordinario”, dijo Madurovic. «Entonces, el potencial científico es un misterio sin explotar porque abre una nueva capacidad de observación que aún no existe».

Grupo de espectadores fuera del sistema solar

Actualmente, para disparar un archivo planeta extrasolar En la decisión que describen los científicos, necesitaremos un telescopio veinte veces más grande que la Tierra. Al usar la gravedad del Sol como un telescopio, los científicos pueden explotar esto como una lente natural masiva. Un telescopio del tamaño de Hubble en combinación con una lente gravitacional solar sería suficiente para obtener imágenes de exoplanetas con suficiente potencia para capturar detalles minuciosos en la superficie.

“La lente gravitacional solar abre una ventana completamente nueva para la observación”, dijo Madurovic. «Esto permitirá la investigación de la dinámica detallada de las atmósferas del planeta, así como la distribución de las nubes y las propiedades de la superficie, que no tenemos forma de verificar ahora».

Tanto Madurovic como Macintosh dicen que pasarán al menos 50 años antes de que se implemente esta tecnología, y posiblemente incluso más. Para adoptar esto, necesitaríamos una nave espacial más rápida porque, con la tecnología actual, podría tomar 100 años viajar a la lente. Usando velas solares o el sol como una honda gravitacional, el tiempo puede ser tan corto como 20 o 40 años. A pesar de la incertidumbre sobre la línea de tiempo, la posibilidad de saber si algunos exoplanetas tienen continentes u océanos, dijo Macintosh, está presionando. La presencia de cualquiera de ellos es un fuerte indicador de que puede existir vida en un planeta distante.

«Este es uno de los últimos pasos para descubrir si hay vida en otros planetas», dijo Macintosh. «Al tomar una fotografía de otro planeta, puedes mirarlo y tal vez ver muestras verdes que son bosques y manchas azules que son océanos; sin embargo, sería difícil decir que no tiene vida».


Hubble observa la curvatura de la luz cósmica


más información:
Aleksandar Madurovic et al., Espectroscopía de campo integrado utilizando una lente gravitacional solar, Diario astrofísico (2022). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac5e9d

Introducción de
Universidad Stanford

La frase: Los científicos describen un telescopio gravitatorio que puede obtener imágenes de los exoplanetas (2 de mayo de 2022), consultado el 2 de mayo de 2022 en https://phys.org/news/2022-05-scientists-gravity-telescope-image-exoplanets.html

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