ELF (ExoLife Finder): un telescopio para ver la superficie de planetas extrasolares

Cuando hablamos de los de exoplanetas potencialmente habitables descubiertos alrededor de otras estrellas, lo cierto es que sabemos muy poco sobre ellos. Apenas su periodo orbital, la distancia a la estrella y, dependiendo del método empleado en su detección, la masa mínima o el tamaño (a veces ambos), pero poco más. Y sin embargo lo que a todos nos gustaría es poder ver la superficie de estos mundos directamente. ¿Poseen atmósfera? ¿U océanos quizás? ¿Tienen casquetes polares? ¿Existe algún tipo de vegetación cubriendo la superficie? ¿Hay oxígeno u otro gas biomarcador en la atmósfera? Suena a ciencia ficción, ¿verdad? Pero lo que es realmente ciencia ficción es el hecho de que dispongamos de la tecnología para ver estos otros mundos y sin embargo no la pongamos en práctica.

Proyecto de telescopio ELF (PLANETS Foundation).

Por supuesto, existen varios obstáculos. El principal es el económico, ya que para lograr ver la superficie de un exoplaneta potencialmente habitable situado a varios años luz necesitamos instalaciones muy avanzadas o desarrollar nuevas tecnologías. Hasta ahora la mayor parte de las propuestas para ver exoplanetas son telescopios espaciales. Al estar situados más allá de la atmósfera terrestre los telescopios espaciales pueden alcanzar la resolución teórica máxima y trabajar en otras longitudes de onda además del espectro visible. No obstante, también existen propuestas de este tipo que hacen uso de telescopios terrestres. Una de las últimas es el telescopio ELF (Exo-Life Finder), una maravilla hecha realidad.

Óptica de ELF (PLANETS Foundation).

La clave a la hora de construir un telescopio capaz de ver directamente exoplanetas es, obviamente, su tamaño, que nos da la resolución espacial máxima que podemos alcanzar, pero también es importante la capacidad para detectar diferencias mínimas de brillo en el exoplaneta. Los grandes telescopios de nueva generación, como el ELT, serán capaces de ver exoplanetas cercanos directamente, siempre y cuando la geometría del sistema ayude (o sea, cuanto más se alejen de su estrella, más fácil será verlos). Con suerte, se podrá estudiar la composición atmosférica de estos mundos de forma limitada, pero extraer más información es complejo porque estos telescopios no estarán optimizados para el estudio de planetas extrasolares (sus objetivos serán todo tipo de objetos celestes).

Arquitecturas de ELF para proteger los espejos del viento y las inclemencias (PLANETS Foundation).

ELF ha sido propuesto por la Fundación PLANETS, una organización formada por un grupo de investigadores liderados por el astrónomo estadounidense Jeff Kuhn, y es una versión simplificada de otra propuesta anterior más ambiciosa, bautizada apropiadamente como Colossus. Ambas propuestas hacen uso de nuevas tecnologías destinadas a abaratar la construcción de grandes telescopios, poniendo el énfasis en el diseño de nuevos espejos de óptica activa extremadamente ligeros. ELF usará entre nueve y veinticinco grandes espejos de cuatro a ocho metros de diámetro cada uno para obtener una apertura efectiva de al menos veinte metros, logrando así gran resolución y sensibilidad. Los espejos, de cristal sin pulir, usarían un diseño novedoso y serían excepcionalmente finos (seis milímetros). Para alcanzar un contraste de hasta una diezmillónesima, ELF emplearía un original diseño híbrido que combina las ventajas de un coronógrafo y un interferómetro (los telescopios espaciales propuestos para detectar exoplanetas han usado estos conceptos por separado).

Así sería capaz de ver ELF la superficie de la Tierra (sin nubes) desde Alfa Centauri (PLANETS Foundation).

Ahora bien, por espectacular que sea, estas prestaciones no son suficientes para poder ver la superficie de un exoplaneta. Para conseguir este fin ELF debe incorporar un avanzado sistema de óptica activa con elementos electrónicos fabricados mediante impresión 3D integrados en los espejos secundarios —uno por cada primario— capaz de crear una imagen limitada por difracción (o sea, como si estuviera en el espacio). El campo de visión sería pequeño, así que este requisito no es tan complicado de satisfacer como en los telescopios «generalistas», aunque sí que es necesario que en todo momento haya una estrella relativamente brillante en el campo para las tareas de óptica activa. El telescopio también trabajaría en el infrarrojo cercano para aumentar el contraste (en esta región del espectro la diferencia de brillo entre el planeta y la estrella es menor), lo que requiere situarlo en un lugar lo más elevado posible (el vapor de agua de la troposfera es el principal obstáculo que impide a los telescopios ver en infrarrojo), como por ejemplo Atacama o Hawái. Por supuesto, también habría que proteger el telescopio y sus múltiples espejos del viento y otras inclemencias.

ELF sería capaz de obtener espectros rudimentarios de la superficie del planeta, lo que le permitiría detectar biomarcadores y la presencia de vegetación (PLANETS Foundation).

Si algún lector espabilado ha hecho los cálculos del límite de difracción se habrá dado cuenta de que un telescopio con esta apertura efectiva no tiene la resolución suficiente para ver detalles en la superficie de un planeta. Para eso sería necesario un telescopio monstruoso. Y, efectivamente, es cierto. Pero ELF, al igual que otros telescopios, no requiere tanta resolución. De hecho, el planeta seguiría viéndose como un único píxel. Pero basta con que obtengamos una curva de luz muy detallada del planeta durante una mucho tiempo para que podamos inferir los detalles de su superficie. Naturalmente, la reconstrucción precisa dependerá de la distancia al sistema, el contraste de las características superficiales, la opacidad de la atmósfera y, sobre todo, la presencia de nubes. Pero incluso si no podemos disponer de un mapa detallado del exoplaneta, ELF será capaz de detectar biomarcadores (sustancias tales como oxígeno, ozono, metano, agua o dióxido de carbono) o la presencia de vegetación con pigmentos fotosintéticos y no fotosintéticos.

Todos los exoplanetas con geometría favorable que se hallen a menos de 25 años luz de la Tierra podrán ser estudiados en detalle por ELF en busca de biomarcadores, aunque solamente sería posible distinguir características más pequeñas que un continente en aquellos exoplanetas de tamaño terrestre que estén situados alrededor de enanas rojas, como Proxima b. Según Kuhn, ELF podría ser construido en unos siete años por un coste del orden de cien millones de dólares. En realidad, creo que sería más realista hablar de mil millones. Y es que el problema de ELF es que se basa en el empleo de nuevas tecnologías no demostradas. Si dichas tecnologías resultan ser fácilmente escalables, ELF podría ser una realidad por relativamente poco dinero, pero de no ser así su coste se dispararía. Otro problema es que, por ahora, conocemos pocos mundos potencialmente habitables que puedan ser objetivo de estudio por ELF y, por tanto, resulta complicado justificar el retorno científico de un telescopio tan específico, sobre todo cuando los telescopios gigantes de nueva generación entren en servicio. La Fundación PLANET llegó a realizar una campaña de crowdfunding el año pasado para recabar 35000 dólares con el objetivo de desarrollar algunas de las tecnologías necesarias para el proyecto. Esperemos que tengan suerte, porque, ¿a quién no le gustaría ver la superficie de Proxima b?

Fuente: danielmarin.naukas.com