Imágenes directas de exoplanetas
Casi todos los planetas de otras estrellas se detectan de forma indirecta, por el efecto que provocan en su estrella. Pero, en unos pocos casos, el Webb consigue algo extraordinario: fotografiarlos directamente.
Cómo se detectan (casi siempre) los exoplanetas
La mayoría de los miles de exoplanetas conocidos no se han visto: se han inferido. Las dos técnicas estrella son indirectas:
- El tránsito: el planeta pasa por delante de su estrella y la atenúa un poquito, delatando su tamaño.
- La velocidad radial (o «bamboleo»): la gravedad del planeta hace oscilar levemente a la estrella, y eso se nota en su luz.
En ninguna de las dos vemos el planeta; vemos su efecto sobre la estrella. La imagen directa es la excepción: consiste en captar la propia luz del planeta, separada de la de su estrella. Es la más difícil de todas, y por eso solo funciona en casos muy concretos.
Por qué es tan difícil
El problema es el contraste. Una estrella es millones de veces más brillante que un planeta a su lado, y ambos están pegadísimos en el cielo, vistos desde decenas o cientos de años luz. Intentar fotografiar el planeta es como buscar una luciérnaga junto a un faro deslumbrante, a kilómetros de distancia: el resplandor del faro lo borra todo a su alrededor. Hay que apagar ese faro de algún modo.
La solución: el coronógrafo
El Webb usa un coronógrafo, un dispositivo dentro del instrumento que tapa la luz de la estrella con una máscara cuidadosamente diseñada, como quien pone el pulgar delante del Sol para ver lo que tiene al lado. Con la estrella oculta, puede asomar la débil luz de lo que la rodea. Aun así, la técnica solo funciona con planetas que cumplen tres condiciones a la vez:
- Jóvenes: un planeta recién formado todavía está caliente por el calor de su nacimiento y, por tanto, brilla por sí mismo en infrarrojo. Cuanto más viejo y frío, más difícil de ver.
- Grandes: suelen ser gigantes gaseosos, varias veces más masivos que Júpiter, para que emitan luz suficiente.
- Lejos de su estrella: tienen que estar bastante separados de ella, o la máscara del coronógrafo los taparía también.
Por eso la imagen directa solo alcanza, de momento, a una minoría de planetas muy concretos. Pero los que alcanza, los muestra como puntos de luz reales.
Qué ha logrado el Webb
El Webb obtuvo su primera imagen directa de un exoplaneta poco después de empezar a operar: un gigante gaseoso joven, varias veces más masivo que Júpiter, que orbita lejos de su estrella. Desde entonces ha fotografiado otros y, gracias a su sensibilidad, ha empezado a alcanzar planetas más fríos y ligeros que los accesibles antes, acercándose poco a poco a mundos más parecidos a los del Sistema Solar.
Y no se limita a verlos: el Webb puede descomponer la luz del propio planeta para estudiar su atmósfera de forma directa, midiendo de qué está hecho y a qué temperatura está. Esa información es distinta y complementaria de la que da el tránsito.
En qué se diferencia de «el aire de otros mundos»
La espectroscopía de transmisión (la de WASP-39 b o TRAPPIST-1) estudia la atmósfera de planetas que pasan por delante de su estrella, sin verlos directamente: aprovecha la luz estelar que atraviesa su aire. La imagen directa capta la luz propia del planeta. Cada técnica tiene su nicho:
- La transmisión llega a planetas pequeños y cercanos a su estrella (incluso rocosos), pero solo si «transitan».
- La imagen directa llega a planetas grandes, jóvenes y lejanos, transiten o no, y los muestra como objetos individuales.
Entre las dos, más el bamboleo y otros métodos, el Webb y sus compañeros están abriendo de par en par el estudio de los planetas de otras estrellas.
Una técnica con historia
La imagen directa no nació con el Webb. Los primeros exoplanetas fotografiados, hace más de quince años, fueron gigantes jóvenes y muy alejados de su estrella, captados desde grandes telescopios en tierra; el sistema HR 8799, con varios planetas gigantes visibles a la vez, se convirtió en un icono de la técnica. Pero hacerlo desde el suelo es durísimo: la atmósfera de la Tierra emborrona y «hace hervir» la luz, y hay que corregirla en tiempo real con espejos deformables (la llamada óptica adaptativa).
El Webb juega con ventaja: está en el espacio, por encima de la atmósfera, donde las imágenes son nítidas y estables, y observa en infrarrojo, justo donde más brillan los planetas jóvenes y donde la estrella molesta relativamente menos. Por eso puede llegar a planetas más débiles y más fríos que los accesibles desde tierra.
De cada planeta fotografiado, el Webb intenta sacar tres cosas: su brillo (que indica su tamaño y temperatura), su posición y movimiento (que confirman que orbita esa estrella y no es un objeto de fondo) y su espectro (que revela los gases de su atmósfera). Con eso, un simple punto de luz se transforma en un mundo con propiedades medibles.
Lo que viene
La imagen directa es una técnica joven y en plena expansión. Los próximos observatorios —tanto en el espacio como los telescopios gigantes que se construyen en tierra— están diseñados, en parte, para fotografiar planetas cada vez más pequeños y más fríos, con la mirada puesta en el objetivo soñado: obtener algún día la imagen y el espectro de un planeta rocoso y templado, una «otra Tierra». El Webb está dando los primeros pasos firmes de ese camino.