miércoles, 4 de junio de 2014

Primera luz de SPHERE, una cámara para fotografiar exoplanetas

Crédito: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium

El instrumento SPHERE — Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (búsqueda de exoplanetas con espectro-polarimetría de alto contraste) -, instalado en el telescopio VLT (Very Large Telescope) en el Observatorio Paranal de ESO (Chile), ya ha captado su primera luz. Esta nueva herramienta para la localización y el estudio de exoplanetas combina varias técnicas avanzadas. En sus primeros días de observación, se ha podido confirmar la impresionante mejora que ofrece SPHERE con respecto a instrumentos previos, proporcionando impactantes imágenes de los discos de polvo que rodean a estrellas cercanas y de otros objetos observados. SPHERE ha sido desarrollado y construido por un consorcio formado por numerosas instituciones europeas, lideradas por el Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble (Francia) en colaboración con ESO. Con este instrumento se pretende revolucionar el estudio detallado de los exoplanetas y de los discos circunestelares.

En diciembre de 2013, SPHERE superó en Europa sus pruebas de aceptación, tras lo que  fue enviado a Paranal. El delicado reensamblaje se completó en mayo de 2014 y ahora el instrumento está instalado en el Telescopio Unitario 3 del VLT. SPHERE es el último de la segunda generación de instrumentos para el VLT (los tres primeros fueron X-shooter, KMOS y MUSE).



Esta imagen infrarroja de Titán, la luna más grande de Saturno, fue una de las primeras imágenes producidas por el instrumento de SPHERE poco después de su instalación en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO en mayo de 2014. Esta fotografía muestra la eficacia del sistema de óptica adaptativa al revelar detalles finos en este pequeño disco. Titán era también un objetivo utilizado para probar las capacidades polarimétricas de SPHERE, que serán cruciales para el estudio de algunos exoplanetas. Esta imagen fue obtenida por SPHERE en una longitud de onda de 1,59 micrómetros. Titán es el satélite más grande de Saturno (cerca de 1,5 veces el diámetro de nuestra Luna). Está cubierto por una extensa atmósfera, compuesta principalmente de nitrógeno, con rastros de metano (un 1,5%). Si observamos en longitudes de onda del rango visible, la superficie del satélite permanece oculta tras espesas nubes, pero en estas imágenes del infrarrojo cercano se han obtenido en una longitud de onda que permite penetrar en su atmósfera y estudiar su superficie. Crédito: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium

SPHERE combina varias técnicas avanzadas con el fin de ofrecer el contraste más alto jamás alcanzado en la obtención de imágenes directas de planetas — mucho más allá de lo que podría lograrse con el instrumento NACO, que tomó la primera imagen directa de un exoplaneta. Para conseguir este impresionante rendimiento, SPHERE necesitó  desarrollar tecnologías novedosas desde sus inicios, en particular en las áreas de óptica adaptativa, detectores especiales y componentes de coronografía.

"SPHERE es un instrumento muy complejo. Gracias al duro trabajo de muchas personas que participaron en su diseño, construcción e instalación, ya ha superado nuestras expectativas. ¡Es maravilloso!", afirma Jean-Luc Beuzit, del Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble (Francia) e investigador principal de SPHERE.

El objetivo principal de SPHERE es encontrar y caracterizar, por imagen directa [1], exoplanetas gigantes que orbiten alrededor de estrellas cercanas. Esta es una tarea extremadamente difícil, ya que estos planetas están mucho más cerca de su estrella anfitriona y son mucho más débiles. En una imagen normal, incluso en las mejores condiciones, la luz de la estrella oculta totalmente el débil resplandor del planeta. Por tanto, todo el diseño de SPHERE se centra en alcanzar el mayor contraste posible en un pequeño pedazo de cielo alrededor de la deslumbrante estrella.

El instrumento SPHERE poco después de su instalación en el Telescopio Unitario 3 del VLT de ESO. El instrumento es la caja negra situada en la plataforma, a un lado del telescopio. Crédito: ESO/J. Girard

La primera de las tres técnicas novedosas utilizadas por SPHERE es la óptica adaptativa extrema, que sirve para corregir los efectos de la atmósfera de la Tierra con el fin de que las imágenes sean más nítidas y aumente el contraste de los exoplanetas. En segundo lugar, se utiliza un coronógrafo para bloquear la luz de la estrella y aumentar aún más el contraste. Por último, se aplica una técnica llamada imagen diferencial que utiliza las diferencias entre la luz estelar y la luz planetaria en términos de su color o polarización — y estas diferencias sutiles también se pueden aprovechar para revelar la existencia de un posible exoplaneta que no se haya detectado anteriormente [2].

SPHERE fue diseñado y construido por los siguientes institutos: Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble; Instituto Max-Planck de Astronomía de Heidelberg; Laboratorio de Astrofísica de Marsella; Laboratorio de Estudios Espaciales y de Instrumentación Astrofísica del Observatorio de París; Laboratorio Lagrange de Niza; ONERA; Observatorio de Ginebra; Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, coordinado por el Observatorio Astronómico de Padua; Instituto de Astronomía, ETH Zúrich; Instituto Astronómico de la Universidad de Ámsterdam; Escuela de Investigación en Astronomía de los Países Bajos (NOVA-ASTRON) y ESO.

La atmósfera de Titán tiene una gruesa capa de neblina que refleja la luz visible del sol. Por tanto, a diferencia de lo que ocurre en el infrarrojo cercano, no podemos ver la superficie y Titán aparece como una esfera de calima sin rasgos distintivos (izquierda). Sin embargo, la luz diseminada por esa neblina es altamente polarizada, como el azul del cielo de la Tierra. El instrumento SPHERE está equipado con polarímetros muy sensibles que pueden medir cómo se polariza la luz (derecha). Hay una fuerte polarización en la extremidad de Titán debido a la dispersión de las partículas de la neblina. SPHERE utilizará esta técnica polarimétrica para elaborar una búsqueda profunda de luz reflejada y, por tanto, polarizada, procedente de exoplanetas. Crédito: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium

Durante la primera luz se observaron varios objetivos de prueba usando los diferentes modos de SPHERE. Entre las imágenes obtenidas se incluye una de las mejores imágenes logradas hasta ahora del anillo de polvo alrededor de la cercana estrella HR 4796A. No sólo muestra el anillo con una claridad excepcional, sino que también ilustra hasta qué punto puede SPHERE suprimir el fulgor de la estrella brillante en el centro de la imagen.

Tras realizar pruebas más exhaustivas y observaciones de verificación científica, SPHERE estará disponible para la comunidad astronómica a lo largo del año 2014.

"Esto es sólo el principio. SPHERE es una herramienta única y poderosa y, sin duda, nos dará muchas sorpresas interesantes en los años venideros", concluye Jean-Luc Beuzit.


Notas

[1] La mayoría de los exoplanetas que hoy conocemos fueron descubiertos utilizando técnicas indirectas, tales como variaciones de la velocidad radial de la estrella anfitriona, o los cambios en el brillo de la estrella causadas por el tránsito de un exoplaneta. Hasta ahora, sólo se ha conseguido obtener imagen directa de unos pocos exoplanetas.

[2] Otra de las técnicas, aunque sencilla, empleada por SPHERE, es tomar muchas fotos de un objeto, pero con una importante rotación de la imagen entre cada una de ellas. Las características de las imágenes que giran son artefactos del proceso de toma de la  imagen y las características que se mantienen en el mismo lugar son objetos reales en el cielo.



Enlace original: ESO.

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