El telescopio Hubble observa directamente un planeta en órbita alrededor de otra estrella

El Telescopio Espacial Hubble, de la NASA, tomó la primera imagen, en luz visible, de un planeta en órbita alrededor de otra estrella.

Nov. 13, 2008: El telescopio Hubble, de la NASA, ha tomado la primera imagen, en luz visible, de un planeta que gira alrededor de otra estrella. El planeta, llamado Formalhaut b, posee una masa que, se estima, no es más grande que tres veces la de Júpiter y orbita la brillante estrella Fomalhaut en el hemisferio sur del cielo. Dicha estrella se localiza a 25 años luz de distancia en la constelación Piscis Australis, o "Pez del Sur".

Arriba: Concepto artístico de la estrella Fomalhaut y el planeta de clase joviana que fue observado con el Telescopio Espacial Hubble. El planeta, llamado Fomalhaut b, orbita la estrella de 200 millones de años de edad cada 872 años terrestres. Crédito: ESA, NASA y L. Calcada (ESO para STScI)

Fomalhaut ha sido una buena candidata para la caza de planetas desde que se halló un exceso de polvo alrededor de la estrella (señal inequívoca de formación planetaria) a principios de la década de 1980. Este hallazgo se produjo utilizando el Satélite para Astronomía Infrarroja o IRAS (sigla que en idioma inglés significa: Infrared Astronomy Satellite), de la NASA.

En 2004, el coronógrafo de la Cámara de Alta Resolución (High Resolution Camera), instalado en la Cámara Avanzada para Sondeos (Advanced Camera for Surveys) del telescopio Hubble, produjo la primera imagen resuelta, en luz visible, de la región que rodea a Fomalhaut. (Nota: un coronógrafo es un aparato que puede bloquear la luz brillante de una estrella central para revelar objetos tenues que se encuentren a su alrededor). La imagen mostró claramente un anillo de residuos protoplanetarios de aproximadamente 34.600 millones de kilómetros de diámetro (21.500 millones de millas) con una orilla interna claramente definida.

Este gran anillo de residuos es similar al Cinturón de Kuiper que rodea a nuestro sistema solar y que contiene toda una gama de cuerpos helados que van desde granos de polvo hasta objetos del tamaño de planetas enanos, como Plutón.

El astrónomo que utiliza el telescopio Hubble, Paul Kalas, de la Universidad de California, en Berkeley, y los miembros de su equipo, propusieron en 2005 una hipótesis que establece que el anillo de polvo estaba siendo gravitacionalmente modificado o, en la jerga astronómica, "pastoreado" por un planeta localizado entre la estrella y la orilla interna del anillo.

Ahora, el telescopio Hubble ha fotografiado directamente un punto que actúa como fuente de luz, el cual se localiza a 2.900 millones de kilómetros (1.800 millones de millas) de la orilla interna del anillo. Los resultados están informados en la edición de la revista científica Science, del 14 de noviembre.

"Nuestras observaciones con el telescopio Hubble fueron increíblemente demandantes. Fomalhaut b es mil millones de veces más tenue que la estrella. Comenzamos este programa en el año 2001 y nuestra perseverancia finalmente dio sus frutos", dice Kalas.

Las observaciones, llevadas a cabo con un intervalo de 21 meses, realizadas con el coronógrafo de la Cámara Avanzada para Sondeos, muestran que el objeto se está moviendo en una trayectoria alrededor de la estrella y, por lo tanto, está gravitacionalmente ligado a ella. El planeta orbita a una distancia de 17.200 millones de kilómetros (10.700 millones de millas) de la estrella, o lo que equivale a aproximadamente 10 veces la distancia de Saturno al Sol.

El planeta es más brillante de lo esperado para un objeto que posee tres veces la masa de Júpiter. Una posibilidad es que tenga un anillo de hielo y polvo, similar al de Saturno, que refleje la luz de la estrella. El anillo podría finalmente unirse y formar lunas. El tamaño estimado de dicho anillo se puede comparar con la región entre Júpiter y sus cuatro satélites mayores.

Derecha: Esta imagen en luz visible tomada con el telescopio Hubble muestra al recientemente descubierto planeta Fomalhaut b en órbita alrededor de su estrella materna. [Imagen ampliada]

Kalas y su equipo inicialmente usaron el telescopio Hubble para fotografiar a la estrella Fomalhaut, en 2004, y de este modo hicieron el descubrimiento inesperado del anillo de residuos. En esa ocasión, notaron algunas fuentes brillantes en la imagen que podrían ser planetas. Una imagen de seguimiento, en 2006, mostró que uno de los objetos había cambiado de posición respecto de la que tenía en 2004. El tamaño del desplazamiento entre las dos fotografías corresponde a una órbita con un período de 872 años, calculado mediante las leyes de Kepler del movimiento planetario.

Se planean ya futuras observaciones en las que se intentará ver al planeta en luz infrarroja y se buscará evidencia de nubes de vapor de agua en su atmósfera. Esto dará pistas sobre la evolución de un planeta relativamente nuevo, de 100 millones de años de edad. Las mediciones astrométricas de la órbita del planeta permitirán lograr una precisión suficiente para determinar una masa exacta.

El Telescopio Espacial James Webb, de la NASA, cuyo lanzamiento se encuentra programado para el año 2013, podrá llevar a cabo observaciones coronográficas de Fomalhaut en el infrarrojo cercano y medio. Asimismo, el telescopio Webb podrá "cazar" nuevos planetas en el sistema y examinar la región interna del anillo de polvo en busca de estructuras tales como un cinturón de asteroides interno.

Para obtener mayor información acerca de esta historia y del Telescopio Espacial Hubble, visite: http://www.nasa.gov/hubble

Telescopios de espejo líquido en la Luna

En un futuro no muy lejano, podríamos tener telescopios gigantescos en la Luna. Esto sería así gracias a un equipo de astrónomos y ópticos que ha encontrado la manera de construirlos utilizando espejos líquidos.

Octubre 9, 2008: Un equipo de astrónomos y ópticos conocidos en todo el mundo podría haber encontrado la manera de construir telescopios "increíblemente grandes" en la Luna.

"Es muy simple", dice Ermanno F. Borra, profesor de física en el Laboratorio de Óptica (Optics Laboratory, en idioma inglés), de la Universidad Laval, en Quebec, Canadá. "Isaac Newton sabía que cualquier líquido, si se lo hace girar en un receptáculo poco profundo, adopta naturalmente una forma parabólica —la misma forma que necesita el espejo de un telescopio para atraer la luz de las estrellas hacia un foco. Esta podría ser la clave para fabricar un observatorio lunar gigante".

Borra, quien ha estado estudiando telescopios de espejo líquido desde 1992, y Simon P. "Pete" Worden, ahora director del Centro de Investigaciones Ames (Ames Research Center, en idioma inglés), de la NASA, son miembros de un equipo que está tratando de desarrollar esta idea.

Derecha: Concepto artístico de un telescopio de espejo líquido giratorio en la Luna. Crédito de la imagen: Universidad de la Columbia Británica (University of British Columbia, en idioma inglés).

En la Tierra, se puede construir un espejo líquido bastante liso y perfecto si se mantiene su receptáculo en posición exactamente horizontal y si se lo apoya sobre un soporte de aire de baja fricción y de baja vibración, el cual gira mediante un motor síncrono, a una velocidad única y estable. "No es necesario que gire muy rápidamente", dice Borra. "El borde de un espejo de 4 metros de diámetro—el más grande que he hecho en mi laboratorio— viaja a sólo 4,8 km/h (3 millas por hora); o sea, a aproximadamente la velocidad de una caminata rápida. En la gravedad baja de la Luna, giraría aún más lentamente".

Para fabricar la mayoría de los telescopios de espejo líquido en la Tierra se ha utilizado mercurio. El mercurio permanece derretido a temperatura ambiente y refleja cerca del 75 por ciento de la luz que recibe; es prácticamente tan bueno como la plata. El telescopio de espejo líquido más grande en la Tierra, el Gran Telescopio Cenital (Large Zenith Telescope, en idioma inglés), operado por la Universidad de la Columbia Británica (University of British Columbia, en idioma inglés), en Canadá, mide 6 metros de un lado a otro —un diámetro 20 por ciento mayor que el famoso espejo de 5 metros (200 pulgadas) del telescopio Hale, en el Observatorio Palomar, ubicado en California. Sin embargo, cuando se lo terminó de construir en 2005, el telescopio de espejo líquido canadiense, similar al del Palomar, costó menos de un millón de dólares, lo cual constituye un bajo porcentaje del costo de un telescopio de espejo sólido del mismo diámetro y sólo una sexta parte del costo original del telescopio del Palomar, en 1948.

Esos aspectos económicos están haciendo que los astrónomos comiencen a pensar en los planes para un observatorio lunar.

"Nuestro estudio [con Borra] comenzó cuando yo aún era profesor de astronomía en la Universidad de Arizona, antes de que viniera a la NASA, en 2006", recuerda Worden. "El verdadero atractivo de esta propuesta es que podemos tener un telescopio increíblemente grande en la Luna".

No se puede trabajar el mercurio en la Luna: es muy denso y por lo tanto pesado para lanzar; además, es muy costoso y se evaporaría rápidamente cuando quedara expuesto al vacío lunar. Sin embargo, en los últimos años, Borra y sus colegas han estado experimentando con una clase de compuestos orgánicos conocidos como líquidos iónicos. "Los líquidos iónicos son básicamente sales derretidas", explica Borra. "Su tasa de evaporación es casi cero, así que no se evaporarían en el vacío lunar. También pueden permanecer en estado líquido a muy bajas temperaturas". Borra y sus colegas ahora están intentando sintetizar los líquidos iónicos que permanecen derretidos incluso a las temperaturas del nitrógeno líquido.

Abajo: El Gran Telescopio Cenital, de 6 metros, de la Universidad de la Columbia Británica, usa un espejo líquido para explorar el cielo. [Más información]

Mucho menos densos que el mercurio, los líquidos iónicos son apenas levemente más densos que el agua. Si bien no son altamente reflectantes por sí mismos, un espejo giratorio de un líquido iónico puede ser recubierto con una capa ultradelgada de plata como si fuera un espejo sólido. Lo más extraño de todo es que la capa de plata es tan delgada —sólo de 50 a 100 nanómetros— que en realidad se solidifica. En el vacío del espacio, un espejo líquido cubierto con una delgada capa sólida de plata no se evaporaría ni se empañaría.

No se puede inclinar un espejo líquido (es decir, moverlo de su posición horizontal) porque el líquido se derramaría, destruyendo de este modo el espejo. Pero eso no significa que un telescopio de espejo líquido no pueda ser enfocado. Diseñadores dedicados a la óptica están ahora experimentando con diferentes maneras de deformar electromecánicamente los espejos secundarios suspendidos sobre un espejo líquido —o incluso están probando diferentes maneras de deformar levemente el espejo líquido mismo— para apuntar hacia ángulos no verticales. Se utilizan técnicas similares para apuntar el gran radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico.

"Además", dice Borra, "si el telescopio está ubicado en cualquier lugar que no sean los polos exactamente, con cada rotación de la Tierra o de la Luna exploraría una banda circular de cielo. Y la rotación del eje de la Luna se mueve en un período de 18,6 años; de modo que en dicho período, el telescopio de hecho 'miraría' una región del cielo de buen tamaño".

Derecha: El radiotelescopio de 305 metros (1.000 pies) en Arecibo, Puerto Rico, no se mueve, pero aun así puede explorar una vasta porción del cielo usando espejos secundarios móviles. Un telescopio de espejo líquido podría emplear técnicas similares. [Más información]

Colocar un gran telescopio de espejo líquido cerca de los polos de la Luna resulta atractivo. El telescopio mismo podría estar ubicado cerca del fondo de un cráter que se encuentre permanentemente a oscuras, donde estaría a temperaturas criogénicas, lo cual resulta deseable para la mejor astronomía infrarroja. Sin embargo, se podrían colocar paneles solares en los picos de las montañas cercanas que están continuamente iluminadas con el fin de generar energía para mantener la rotación del espejo.

El hecho de que un telescopio de espejo líquido siempre "mira" directamente hacia arriba simplifica mucho su construcción y reduce la masa eliminando de este modo soportes pesados, engranajes y sistemas de control de enfoque, los cuales son necesarios para los telescopios orientables. "Todo lo que se necesita es el receptáculo para el espejo líquido mismo, el cual podría ser un dispositivo parecido a una sombrilla que se autodespliegue, con un soporte superconductor que prácticamente no tenga fricción, y un motor", dice Borra. Worden estima que todos los materiales para un telescopio lunar completo de 20 metros de diámetro pesarían "solamente unas pocas toneladas, de manera que podrían ser impulsados hacia la Luna en una misión sencilla del Ares 5, en la década de 2020". Los telescopios futuros podrían tener espejos de hasta 100 metros de diámetro —más grandes que un campo de fútbol.

"Un telescopio tan grande podría 'mirar' hacia atrás en el tiempo y remontarse al momento en el cual el universo era muy joven, hace apenas quinientos millones de años, cuando la primera generación de galaxias y estrellas se estaba formando", exclamó Borra. "Posiblemente lo fortuito sea más excitante: las cosas nuevas que podríamos descubrir y que simplemente no esperamos".

Worden dice: "Colocar un telescopio gigante en la Luna ha sido siempre una idea de ciencia ficción, pero pronto podría convertirse en realidad".