Darkness: veamos los planetas extra-solares

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Un nuevo tipo de cámara desarrollada por investigadores de EE. UU. Permitirá a los astrónomos captar directamente imágenes de planetas alrededor de estrellas cercanas en la búsqueda de otra Tierra.

La cámara, llamada DARKNESS (Espectrofotómetro Superconductor con Respiración de Energía Infrarroja cercana a Dark Speckle), se basa en detectores superconductores extremadamente sensibles para recoger la luz de mundos distantes.

Según el físico Ben Mazin, de la Universidad de California en Santa Bárbara, quien dirigió el equipo que desarrolla la cámara, los actuales telescopios óptico e infrarrojo cercano usan cámaras con detectores de semiconductores, del mismo tipo que se puede encontrar en teléfonos celulares y cámaras digitales.

Pero los sensores de semiconductor, según Mazin, tienen ciertas limitaciones que dificultan que esta tecnología capte objetos débiles, como estrellas distantes y planetas en su vecindad, un problema que espera que la nueva tecnología en la cámara DARKNESS, basada en la superconducción y sus detectores, resolverán.

“Cuando un solo fotón con la energía de más de 1 electrón alcanza un detector de semiconductor, libera un electrón“, dijo Mazin. “En un detector superconductor, libera algo así como 5,000 o 10,000 electrones. Y dado que hay muchos más electrones para medir, podemos hacer cosas que no se pueden hacer con el detector de semiconductores “.

 La cámara ARray de Mazin para espectrofotometría óptica a infrarroja cercana (ARCONS) es el primer instrumento óptico terrestre a través de IR cercano que utiliza detectores de inductancia cinética de microondas (MKID). Un MKID es un tipo de detector de fotones superconductor; el microondas se refiere a la frecuencia de lectura en lugar de a la frecuencia a la que operan los detectores

La cámara ARray de Mazin (en la foto superior) para espectrofotometría óptica a infrarroja cercana (ARCONS) es el primer instrumento óptico terrestre a través de IR cercano que utiliza detectores de inductancia cinética de microondas (MKID). Un MKID es un tipo de detector de fotones superconductor; el microondas se refiere a la frecuencia de lectura en lugar de a la frecuencia a la que operan los detectores

La nueva tecnología de DARKNESS, llamada detectores de inductancia cinética de microondas (MKID), funciona a temperaturas extremadamente bajas, solo una décima de grado sobre el cero absoluto, dijo Mazin. El superconductor, hecho de siliciuro de platino, actúa como un inductor, un componente eléctrico que almacena energía en un campo magnético, y trabaja en conjunto con un condensador, que almacena energía en la forma de un campo eléctrico, para formar un oscilador, un circuito que puede detectar señales a una frecuencia particular.

Cuando un fotón golpea al superconductor, “cambia la frecuencia de resonancia del oscilador”, dijo Mazin. “Medimos este cambio para determinar cuándo entra un fotón y cuánta energía tenía”.

Mazin expresó que espera que la tecnología se utilice en los futuros telescopios que serán lo suficientemente potentes para leer el espectro de la luz reflejada de exoplanetas alrededor de las estrellas cercanas y buscar firmas de vida en las atmósferas de esos mundos .

Gracias a su sensibilidad, la cámara DARKNESS de 10.000 píxeles permite la visualización directa de planetas en las cercanías de estrellas cercanas mediante la detección de la luz que reflejan. El famoso cazador de exoplanetas, el telescopio Kepler, se basó en un método indirecto, llamado técnica de tránsito, que detecta la caída en el brillo de la estrella cuando un planeta pasa frente a ella.

“La técnica de tránsito es excelente, pero necesitas tener una alineación perfecta del planeta y la estrella para ver su tránsito”, dijo Mazin. “Solo alrededor del 1 por ciento de las estrellas muestran tránsitos. Son muy raros “.

Otra técnica indirecta para detectar exoplanetas es medir los cambios en la velocidad radial de la estrella (sus pequeños bamboleo) y la influencia de un planeta en órbita.

Mazin y su equipo combinaron una matriz de 2024 píxeles con los telescopios Palomar de 200 pulgadas y Lick de 120 pulgadas en el sur de California y el norte de California, respectivamente. ARCONS estuvo en estos telescopios durante 24 noches de observación, durante las cuales se recopilaron datos sobre púlsares ópticos, binarios compactos, galaxias de alto desplazamiento al rojo y tránsitos planetarios
Mazin y su equipo combinaron una matriz de 2024 píxeles con los telescopios Palomar de 200 pulgadas y Lick de 120 pulgadas en el sur de California y el norte de California, respectivamente. ARCONS estuvo en estos telescopios durante 24 noches de observación, durante las cuales se recopilaron datos sobre púlsares ópticos, binarios compactos, galaxias de alto desplazamiento al rojo y tránsitos planetarios.

La técnica de imagen directa utilizada por la cámara DARKNESS podría ser, según Mazin, el proceso de búsqueda de planetas más versátil. “Realmente toma una foto de la estrella y el planeta”, dijo Mazin. “Puedes [incluso] obtener un espectro del planeta, pero es extremadamente difícil desde el punto de vista técnico”.

La cámara ha sido probada hasta ahora en cuatro carreras en el telescopio Hale de 5 metros en el Observatorio Palomar cerca de San Diego. Mazin dijo que el mayor obstáculo que el instrumento debe superar es la atmósfera de la Tierra, que causa el centelleo visto en las estrellas. “Estamos tratando de buscar un punto pequeño y diminuto de luz justo al lado de una luz brillante, y la atmósfera simplemente lo empaña todo en una burbuja gigante”, dijo Mazin. “Estamos utilizando un sistema óptico adaptativo, que es un espejo de goma y un sensor de frente de onda, que mide la atmósfera y cambia el espejo 2.000 veces por segundo para eliminar esa distorsión atmosférica”.

Más adelante este año, los investigadores planean desplegar una cámara aún más grande de 20,000 píxeles en un telescopio de 8 m (26 pies) en Mauna Kea en Hawaii. “Pasar de un telescopio de 5 ma 8 m es una gran mejora en lo que se puede ver”, dijo Mazin. “Mauna Kea es el mejor sitio del mundo para este tipo de trabajo, y esperamos que el telescopio de 8 metros en combinación con un sistema óptico adaptativo muy poderoso nos permita comenzar a encontrar más planetas y, por primera vez, comenzar a ver planetas. en luz reflejada “.

Mazin expresó que espera que la tecnología se utilice en los futuros telescopios de 30 m (98 pies), que serán lo suficientemente potentes para leer el espectro de la luz reflejada de exoplanetas alrededor de las estrellas cercanas y buscar firmas de vida en las atmósferas de esos mundos .

Los detectores superconductores se han utilizado previamente en telescopios convencionales y en  telescopios submilimétricos que miden el fondo cósmico de microondas; sin embargo, escalarlos hasta ahora ha sido un desafío, dijo Mazin.

El nuevo trabajo fue detallado en abril en la publicación Publications of the Astronomical Society of the Pacific.


Fuente: Space.com

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