Como otros han señalado, el telescopio espacial Hubble no es el principal instrumento utilizado para buscar y descubrir exoplanetas. (El satélite Kepler, utilizando el método de tránsito , ha descubierto mucho más. Además, las mediciones de velocidad radial basadas en tierra han revelado muchos planetas alrededor de otras estrellas). Sin embargo, el HST es una de las mejores herramientas para obtener imágenes de planetas alrededor de otras estrellas. .
Dicho esto, los científicos han descubierto algunos planetas utilizando el telescopio espacial Hubble.
Así es como se hace:
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Como mencionas, las estrellas son mucho, mucho más brillantes que los planetas que las rodean. Sorprendentemente, subestimas cuánto. Una estrella puede ser de millones a miles de millones, no simplemente “mil” veces más brillante que un planeta que la orbita. Los defectos inevitables en cualquier sistema óptico causarán que el resplandor abrume al planeta oscuro que nos parece extremadamente cercano a su estrella.
Es como tratar de fotografiar un mosquito mientras mira directamente a un foco de atención.
Entonces, ¿cómo se fotografía un planeta en medio de todo ese resplandor?
El telescopio espacial Hubble utiliza un sistema de imágenes conocido como coronógrafo.
Un coronógrafo es un sistema que se utiliza para bloquear selectivamente la luz de una estrella mientras deja la luz de la región que la rodea, donde se espera que esté el planeta, más o menos solo. Se combinan tres técnicas para que esto suceda.
Primero, la luz de la estrella está directamente bloqueada por un pequeño disco colocado en el camino de la luz . Esto hace un trabajo moderadamente bueno al reducir el deslumbramiento en el chip de imagen. Sin embargo, las imperfecciones en el espejo y la difracción de las paletas del telescopio en sí aún abruman la imagen del planeta más brillante.
Aquí hay una imagen de los dos discos de ocultación que utiliza la Cámara avanzada para encuestas (el instrumento NICMOS también los tiene). Se toma la imagen de la nebulosa de Orión para que haya un fondo brillante contra el que se puedan ver los discos. El disco más grande, en la parte superior, bloquea un parche de cielo de tres segundos de arco de diámetro. Tiene un “brazo” que lo sostiene en su lugar. El inferior es la mitad de grande y descansa sobre un filtro de vidrio.
Para reducir el resplandor restante que se asoma alrededor del disco, se emplea una segunda técnica. Todas las estrellas, excepto las más grandes, son esencialmente fuentes puntuales de los telescopios. Entonces, una imagen de uno se verá como una imagen de otro del mismo color y brillo. Los defectos en el espejo serán los mismos para ambas imágenes. Los científicos del HST toman una imagen de una estrella similar y restan esa imagen de la de la estrella que está siendo explorada en busca de planetas. Esto minimiza la cantidad de resplandor visto significativamente.
Finalmente, las imágenes de la estrella se toman en varios ángulos diferentes, a fin de mover los defectos en la óptica. La imagen estelar se alinea y promedia sobre varias imágenes. Un modelo del resplandor se resta nuevamente y, en el mejor de los casos, se puede ver un planeta.
Un ejemplo de un planeta que fue observado por el telescopio espacial Hubble es Fomahaut b:
Formahaut era considerado un buen candidato para observaciones como esta porque ya se sabía que la estrella tenía un disco de polvo y escombros (visto en la imagen) a su alrededor. La imagen de arriba es la primera tomada de un planeta alrededor de otra estrella.
Como puede ver, el planeta, que probablemente es más masivo que Júpiter, parece extremadamente débil. Las áreas negras manchadas de la imagen son los artefactos visuales que deja el coronógrafo de disco. Los “radios” radiales son el resplandor sobrante que no se pudo restar.
Los observatorios terrestres utilizan algunas otras técnicas para obtener imágenes directas de planetas alrededor de otras estrellas. Una de esas técnicas es el coronógrafo de vórtice óptico ominosamente llamado (… AGRAPH … Agraph … agraph …)
Esta técnica aprovecha el hecho de que la luz se comporta como una onda que se puede sumar y restar de sí misma. Esto emplea un método conocido como interferencia destructiva .
En la imagen a continuación, se agregan dos ondas juntas. Cuando las ondas se alinean en fase, se combinan y la señal se hace más fuerte. Esto se llama interferencia constructiva. Sin embargo, si las ondas se colocan fuera de fase (al retrasar un poco una de las señales), cuando se agregan las dos ondas, la señal desaparece.
Esto es lo que los astrónomos intentan hacer.
Una estrella es fotografiada en un estrecho rango de longitudes de onda. Esa luz se divide en dos y luego se recombina consigo misma de una manera que crea interferencia destructiva. Esto se hace, específicamente, para la luz que viene directamente de la estrella, y no para las regiones alrededor de la estrella donde se espera que esté el planeta.
De esta manera, la luz de las estrellas se cancela en gran medida y la luz de los planetas no.
El Observatorio Keck en Mauna Kea en Hawai ha captado imágenes de planetas con éxito de esta manera:
Con el telescopio James Webb y varios telescopios extremadamente grandes (incluido el llamado “telescopio extremadamente grande”), imágenes como estas se volverán más comunes.
Nota: esta explicación se simplifica enormemente. Deliberadamente pasé por alto los detalles para evitar tener que escribir un libro sobre este tema. Sin embargo, nada esencial ha quedado fuera.
Fuente: Un montón de conversaciones con un amigo que recientemente aceptó un puesto en JPL para trabajar en un coronógrafo de próxima generación.
