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Los cazadores de exoplanetas han encontrado miles de planetas, la mayoría orbitando cerca de sus estrellas anfitrionas, pero se han detectado relativamente pocos mundos alienígenas que flotan libremente por la galaxia como los llamados planetas rebeldes, no ligados a ninguna estrella. Muchos astrónomos creen que estos planetas son más comunes de lo que sabemos, pero que nuestras técnicas de búsqueda de planetas no han estado a la altura de la tarea de localizarlos.
La mayoría de los exoplanetas descubiertos hasta la fecha se han encontrado porque producen ligeros descensos en la luz observada de sus estrellas anfitrionas al pasar por el disco de la estrella desde nuestro punto de vista. Estos eventos se denominan tránsitos.
El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA llevará a cabo un estudio para descubrir muchos más exoplanetas utilizando las potentes técnicas de que dispone un telescopio de gran campo. Las estrellas de nuestra Vía Láctea se mueven, y las alineaciones fortuitas pueden ayudarnos a encontrar planetas rebeldes. Cuando un planeta que flota libremente se alinea con precisión con una estrella lejana, esto puede hacer que la estrella se ilumine. Durante estos eventos, la gravedad del planeta actúa como una lente que amplía brevemente la luz de la estrella de fondo. Aunque Roman puede encontrar planetas rebeldes mediante esta técnica, llamada microlente gravitacional, hay un inconveniente: la distancia al planeta lente es poco conocida.
El Dr. Richard K. Barry, científico de Goddard, está desarrollando un concepto de misión denominado Ensayo Contemporáneo de Paralaje y Transitorio Autónomo (CLEoPATRA) para explotar los efectos de paralaje y calcular estas distancias. El paralaje es el desplazamiento aparente de la posición de un objeto en primer plano visto por observadores situados en lugares ligeramente diferentes. Nuestros cerebros aprovechan las visiones ligeramente diferentes de nuestros ojos para poder ver también la profundidad. En el siglo XIX, los astrónomos establecieron por primera vez las distancias a las estrellas cercanas utilizando el mismo efecto, midiendo cómo se desplazaban sus posiciones con respecto a las estrellas del fondo en fotografías tomadas cuando la Tierra estaba en lados opuestos de su órbita.
El funcionamiento es un poco diferente en el caso de la microlente, donde la alineación aparente del planeta y la estrella lejana de fondo depende en gran medida de la posición del observador. En este caso, dos observadores bien separados, cada uno equipado con un reloj preciso, serían testigos del mismo evento de microlente en momentos ligeramente diferentes. El retraso entre las dos detecciones permite a los científicos determinar la distancia del planeta.
Para aprovechar al máximo el efecto de paralaje, CLEoPATRA se embarcaría en una misión con destino a Marte que se lanzaría más o menos al mismo tiempo que Roman, actualmente prevista para finales de 2025. De este modo, se situaría en su propia órbita alrededor del Sol, lo que le permitiría alcanzar una distancia suficiente de la Tierra para medir eficazmente la señal de paralaje de microlentes y completar la información que falta.
El concepto CLEoPATRA también serviría de apoyo al Experimento de Microlente Infrarrojo de Enfoque (PRIME), un telescopio terrestre que actualmente se está equipando con una cámara que utiliza cuatro detectores desarrollados por la misión Roman. Las estimaciones de la masa de los planetas de microlente detectados tanto por Roman como por PRIME mejorarán significativamente gracias a las observaciones simultáneas de paralaje proporcionadas por CLEoPATRA.
"CLEoPATRA estaría a una gran distancia del observatorio principal, ya sea romano o un telescopio en la Tierra", dijo Barry. "La señal de paralaje debería entonces permitirnos calcular masas bastante precisas para estos objetos, aumentando así el rendimiento científico".
Stela Ishitani Silva, asistente de investigación en Goddard y estudiante de doctorado en la Universidad Católica de América en Washington, dijo que la comprensión de estos planetas de flotación libre ayudará a llenar algunos de los vacíos en nuestro conocimiento de cómo se forman los planetas.
"Queremos encontrar múltiples planetas de flotación libre y tratar de obtener información sobre sus masas, para poder entender qué es común o no", dijo Ishitani Silva. "Obtener la masa es importante para entender su desarrollo planetario".
Para encontrar eficazmente estos planetas, CLEoPATRA, que completó un estudio del Laboratorio de Planificación de Misiones en la Instalación de Vuelo Wallops a principios de agosto, utilizará la inteligencia artificial. El Dr. Greg Olmschenk, 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 llamados redes neuronales", dijo Olmschenk. "Es un tipo de inteligencia artificial que aprende a través de ejemplos. Así que le das un montón de ejemplos de lo que quieres encontrar y de lo que quieres que filtre, y entonces aprenderá a reconocer patrones en esos datos para intentar encontrar las cosas que quieres conservar y las que quieres tirar".
Con el tiempo, la IA aprende lo que tiene que identificar y solo devolverá la 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 de vuelta solo las mediciones de las fuentes que detecte como eventos de microlente.
"CLEoPATRA nos permitirá estimar muchas masas de alta precisión para los nuevos planetas detectados por Roman y PRIME", dijo Barry. "Y puede permitirnos capturar o estimar la masa real de un planeta que flota libremente por primera vez, algo que nunca se ha hecho antes. Es genial y muy emocionante. Realmente, es una nueva edad de oro para la astronomía en este momento, y estoy muy emocionado por ello".
Fuentes, créditos y referencias:
Imagen: Esta ilustración muestra un planeta similar a Júpiter solo en la oscuridad del espacio, flotando libremente sin una estrella madre. Los científicos de la misión CLEoPATRA esperan mejorar las estimaciones de masa de estos planetas descubiertos mediante microlentes. Crédito: Laboratorio de Imágenes Conceptuales del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Vídeo: Esta animación ilustra el concepto de microlente gravitacional con un planeta rebelde: un planeta que no orbita alrededor de una estrella. Cuando el planeta rebelde parece pasar casi por delante de una estrella fuente de fondo, los rayos de luz de la estrella fuente se desvían debido a la deformación del espacio-tiempo alrededor del planeta de fondo. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/CI Lab