Estudiando la posible atmósfera de Proxima b con un interferómetro espacial

por Daniel Marín

Proxima b no solo es el exoplaneta más cercano al sistema solar, también es el exoplaneta potencialmente habitable más próximo (nunca mejor dicho). Sí, es cierto que las súperfulguraciones de la pequeña Proxima, una enana roja con muy mal genio, probablemente hagan de este planeta un lugar muy complicado para que florezca la vida tal y como la conocemos, pero a día de hoy lo único que sabemos es la masa mínima del planeta —1,3 masas terrestres— y su órbita, nada más. Bien podría ser un vergel repleto de proximianos o una roca pelada. Por eso el primer paso es saber si Proxima b tiene una atmósfera. Si la respuesta es negativa, ya sabemos qué esperar, pero si no es así, bueno, una atmósfera es una condición necesaria, aunque no suficiente, para que haya vida.

Flujo de Proxima b a 10 micras (infrarrojo medio) en función de la separación con la estrella. En colores los espacios de búsqueda de varios instrumentos (Defrère et al.).

Proxima b fue detectado por el método de la velocidad radial, pero para estudiar una posible atmósfera necesitamos que el planeta transite o que sea visible directamente. El primer caso sería ideal porque nos daría la posibilidad de estudiar su atmósfera fácilmente. Desgraciadamente la naturaleza no ha querido ayudarnos en este aspecto y, visto desde la Tierra, Proxima b no pasa por delante del disco de su estrella. Solo nos queda resolverlo directamente, una tarea que en el caso de cualquier otra estrella sería muy compleja o directamente imposible, pero que en este caso es factible gracias a la cercanía de Proxima. Aún así Proxima b solo se separa de su estrella 7,5 millones de kilómetros (0,05 UA), lo que se traduce en una separación angular de 35 milisegundos de arco para los terrícolas.

Simulación del espectro de reflexión (izquierda) y de emisión (derecha) de Proxima b suponiendo que tenga una atmósfera de 1 bar de presión y formada por nitrógeno, dióxido de carbono, además de un océano global (Defrère et al.).

Esta separación está en el límite de lo observable incluso para los telescopios terrestres de nueva generación y los telescopios espaciales con coronógrafo —uséase, el WFIRST, si es que finalmente no se cancela su instrumento con coronógrafo—. No tanto por la resolución espacial, sino por la resolución espectral. O sea, el tipo de información podemos extraer a partir de la luz procedente del planeta. Por otro lado, el máximo contraste entre el planeta y su estrella se da en la región del infrarrojo medio (unas 10 micras), una región difícil de observar desde la superficie terrestre por culpa de nuestra atmósfera. En estas longitudes de onda Proxima b llega a alcanzar una cienmilésima del brillo de su estrella, mientras que en el visible es de solo una diezmillonésima. Además es en esta zona del espectro donde se aprecian las líneas de compuestos biomarcadores como el agua, dióxido de carbono, metano y ozono.

Espectro infrarrojo simulado de Proxima b suponiendo que: 1) no tenga atmósfera; 2) un planeta océano; 3) y 4): con una atmósfera similar a la Tierra (Defrère et al.).

Una forma de saber si Proxima b tiene atmósfera es usar interferometría de anulación con telescopios espaciales, una técnica que, como su nombre indica, permite anular la luz de la estrella, permitiendo analizar el planeta directamente. La hipotética atmósfera de Proxima b sería claramente visible con cuatro telescopios espaciales de 75 centímetros de diámetro, cada uno separados un mínimo de 40 metros. A mayor distancia entre los telescopios, mayor resolución, pero la reducción de datos también resulta más complicado. Con esta disposición mínima se podría obtener un espectro de media resolución (R = 40) con solo un día de observación. Como comparación, el futuro telescopio E-ELT necesitaría mucho más tiempo —unas 60 noches de tiempo de observación— y solo previa mejora a sus instrumentos principales. Además únicamente podría analizar el infrarrojo cercano. El James Webb, que sí podrá ver en el infrarrojo medio, no tendrá la resolución suficiente para estudiar la atmósfera de Proxima b salvo que se lance un ocultador externo (starshade).

Diferentes objetos vistos por un interferómetro espacial (izquierda). Señal de un planeta observado por un interferómtro espacial (derecha) (Defrère et al.).

Este pequeño interferómetro espacial sería capaz de detectar en la atmósfera de Proxima b la presencia de dióxido de carbono, agua e incluso ozono. Eso sí, pese a sus reducidas dimensiones el interferómetro usaría una serie de tecnologías que todavía no están demostradas. Con una separación mínima de 40 metros, los cuatro telescopios deberían volar en formación. Una lástima que la NASA cancelase la misión SIM Lite, un interferómetro espacial formado por dos telescopios de 50 centímetros separados 4 metros. Este observatorio habría permitido ensayar técnicas relacionadas con la interferometría espacial y es posible que ahora estuviésemos más cerca de aprobar una misión de este tipo. El principal inconveniente de esta misión para estudiar Proxima b es que no tendría muchas aplicaciones más allá de estudiar el sistema estelar más cercano y encima tampoco sería excepcionalmente barata. A cambio podríamos averiguar si Proxima b tiene una atmósfera y estudiarla dentro de pocos años.

Misión SIM Lite (NASA).

Fuente:  danielmarin.naukas.com