Recientemente, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de que siete planetas del tamaño de la Tierra orbitan una estrella llamada TRAPPIST-1. Tres de los planetas se encuentran en la «zona habitable», la región alrededor de una estrella donde es más probable que exista agua líquida en la superficie de un planeta rocoso. En los últimos años también se han descubierto otros mundos potencialmente habitables, lo que ha llevado a muchas personas a preguntarse: ¿Cómo podemos averiguar si estos planetas albergan vida realmente?
En Caltech, en el Laboratorio de Tecnología de Exoplanetas, o ET Lab, del profesor asociado de Astronomía Dimitri Mawet, los investigadores llevan tiempo desarrollando una nueva estrategia para rastrear exoplanetas en busca de biofirmas, es decir, indicios de vida como moléculas de oxígeno y metano. Estas sustancias químicas —que no permanecen mucho tiempo de forma natural porque se enlazan con otras sustancias químicas— son abundantes en la Tierra, en gran medida gracias a los seres vivos que las expulsan. Encontrar ambas sustancias alrededor de otro planeta sería un sólido indicio de la presencia de vida.
En dos nuevos artículos que se publicarán en The Astrophysical Journal y The Astronomical Journal, el equipo de Mawet demuestra cómo esta nueva técnica, llamada coronografía de alta dispersión, podría utilizarse para buscar biofirmas extraterrestres con el Telescopio de Treinta Metros (TMT), cuya construcción está prevista y que, cuando se complete a finales de la década de 2020, será el telescopio óptico más grande del mundo.
Mediante modelos teóricos y de laboratorio, los investigadores muestran que esta técnica podría detectar biofirmas en planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas enanas M, más pequeñas y frías que nuestro Sol y el tipo de estrella más común de la galaxia. La estrategia también podría emplearse con estrellas como nuestro propio Sol, utilizando futuros telescopios espaciales, como las misiones propuestas por la NASA Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) y Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR).
«Hemos demostrado que esta técnica funciona en teoría y en el laboratorio, así que nuestro siguiente paso es demostrar que funciona en el cielo», afirma Ji Wang, uno de los autores principales de los dos nuevos artículos e investigador posdoctoral del laboratorio de Mawet. El equipo probará los instrumentos en el Observatorio W. M. Keck, en Hawái, este año o el próximo.
La nueva técnica consta de tres componentes principales: un coronógrafo, un conjunto de fibras ópticas y un espectrómetro de alta resolución. Los coronógrafos son dispositivos que se utilizan en los telescopios para bloquear o eliminar la luz de las estrellas, de modo que se puedan obtener imágenes de los planetas. Las estrellas brillan entre unos pocos miles y unos pocos miles de millones de veces más que sus planetas, lo que dificulta observarlos. Se están desarrollando muchos tipos distintos de coronógrafos; por ejemplo, el grupo de Mawet instaló recientemente su nuevo coronógrafo de vórtice en el Observatorio Keck y obtuvo las primeras imágenes.
Una vez obtenida la imagen de un planeta, el siguiente paso es estudiar su atmósfera con un espectrómetro, un instrumento que descompone la luz del planeta para revelar las «huellas» de sustancias químicas, como el oxígeno y el metano. La mayoría de los coronógrafos funcionan junto con espectrómetros de baja resolución. La nueva técnica de Mawet incorpora un espectrómetro de alta resolución, que ofrece varias ventajas.
Una ventaja principal es que ayuda a filtrar aún más la luz estelar no deseada. Con los espectrómetros de alta resolución, las características espectrales de un planeta se aprecian con mayor detalle, lo que facilita distinguir y separar la luz del planeta de la luz estelar que la oculta.
Esto significa que, con el método de Mawet, el coronógrafo no tiene que ser tan eficaz para filtrar la luz estelar como se creía necesario para caracterizar mundos similares a la Tierra.
«Esta nueva técnica no exige tanto al coronógrafo, y eso es importante porque podemos utilizar tecnologías actuales que ya están disponibles», afirma Mawet, quien también es investigador científico en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), gestionado por Caltech para la NASA. «Con un espectrómetro de alta resolución, podemos mejorar la sensibilidad de nuestro sistema entre 100 y 1.000 veces respecto de los métodos terrestres actuales».
Otra ventaja de utilizar espectrómetros de alta resolución es la riqueza de los datos. Además de proporcionar más detalles sobre los componentes moleculares de la atmósfera de un planeta, estos instrumentos deberían poder revelar su velocidad de rotación y ofrecer mapas aproximados de las características de su superficie y de los patrones meteorológicos. «Es una posibilidad remota, pero quizá incluso podamos buscar continentes en planetas candidatos similares a la Tierra», afirma Mawet.
En el diseño del equipo, el coronógrafo se conecta al espectrómetro de alta resolución mediante un conjunto de fibras ópticas. Sorprendentemente, los experimentos de laboratorio revelaron que las fibras también filtran la luz estelar.
«Fue pura casualidad», afirma Garreth Ruane, coautor de los dos nuevos artículos e investigador posdoctoral de la Fundación Nacional de Ciencias en el grupo de Mawet. «Es la guinda del pastel».
A continuación, los investigadores demostrarán su técnica en el Observatorio Keck. Aunque los instrumentos todavía no pueden estudiar posibles planetas similares a la Tierra —para ello se necesitará el Telescopio de Treinta Metros, de mayor tamaño—, el sistema debería poder revelar nuevos detalles sobre las atmósferas de exoplanetas gaseosos más grandes, incluidas variedades exóticas que no se parecen en nada a las de nuestro propio sistema solar.
«Esta nueva innovación, que combina el coronógrafo con un espectrómetro de alta resolución, nos ofrece una vía clara para buscar vida más allá de la Tierra».
