Detectando exotierras con el James Webb

El James Webb (JWST) será el siguiente gran telescopio de la NASA y sustituirá al famoso Hubble en algunas de sus funciones. Será lanzado en 2014 mediante un cohete Ariane 5 y observará el cielo en longitudes de onda infrarrojas desde el punto de Lagrange L2 mediante su espejo de 6,5 metros de diámetro, el más grande jamás lanzado al espacio. Con estas impresionantes medidas, ¿podrá detectar planetas similares a la Tierra?

El JWST (NASA).
La respuesta es, lamentablemente, no. El JWST será capaz de detectar (es decir, "ver") júpiteres y neptunos calientes al igual que su primo menor, el telescopio espacial Spitzer, pero una exotierra está fuera de sus capacidades. Recordemos que definimos una exotierra como un planeta con 1-10 veces la masa de nuestro planeta que orbita a su estrella en la zona habitable de la misma (la distancia varía con el tipo de estrella).
Pero la cosa podría cambiar si usamos un ocultador estelar externo, algo que analiza en detalle este artículo de Joseph Catanzarite y Michael Shao. Este dispositivo sería básicamente un gran parasol de unos 50 metros de diámetro que orbitaría a cierta distancia del telescopio (unos 50000 km) y que podría ocultar la luz de la estrella a estudiar, revelando la presencia del planeta. Este original método ha sido propuesto en multitud de misiones, aunque resulta más fácil plantearlo sobre el papel que llevarlo a la práctica. Pero complicaciones técnicas aparte, el caso es que si utilizamos un parasol de este tipo sí se podría detectar alguna exotierra con el JWST.


El concepto de parasol estelar (starshade) para detectar exoplanetas con el JWST (W.Cash et al.).

Detalles de la starshade. La forma con pétalos está diseñada para minimizar las aberraciones (cash et al.).
Usando este parasol, se podrían estudiar unas 26 estrellas candidatas mediante un total de 70 observaciones, número dictado por la cantidad máxima de combustible que podría llevar el parasol.
El número exacto de exotierras que podrían ser descubiertas o caracterizadas depende de dos parámetros: el primero, obvio, es el porcentaje de estrellas que tienen exotierras. Hoy por hoy, este parámetro es totalmente desconocido, pero se puede estimar que su valor es del 10-30%. El segundo parámetro depende del método de observación empleado, que podría ser uno de los siguientes

• Obtener una sola imagen del exoplaneta: el más rápido y sencillo, pero altamente ineficiente, pues sería muy difícil discriminar las exotierras de otras falsas alarmas (planetas mucho más masivos). Usando este método, más de la mitad de los planetas descubiertos no serían exotierras. Además, si el porcentaje de estrellas con exotierras no supera el 10%, existiría un 14% de probabilidades de no detectar ninguna.

• Obtener cuatro imágenes para determinar su órbita: un método mucho más lento, pero de este modo podríamos saber si el planeta está en la zona habitable o no, además de poder captar su espectro. Desgraciadamente, debido al tiempo necesario para tomar las medidas, se trata de un método muy ineficiente y como mucho se detectarían entre una y tres exotierras, y eso suponiendo en el último caso que la proporción de planetas con exotierras es del 30%. Si este parámetro es del 10%, existiría un 41% de probabilidades de no detectar ninguna.

• Observaciones previas: en este caso, se estudiarían planetas cuyas órbitas ya se conocerían gracias a misiones astrométricas (SIM Lite, etc.) y sólo serían necesarias dos imágenes. Es el único método que ofrece alguna garantía de éxito, pudiéndose caracterizar entre cinco y doce exotierras, dependiendo de la abundancia de las mismas.

Comparación de la separación angular de un planeta con su estrella y el contraste entre ambos. Como ejemplo se ha puesto una exotierra a 1 UA y un exoneptuno a 1,8 UA que giran alrededor de una estrella como el Sol situada a 6 pársecs. Se observa que es muy fácil confundir ambos con solo una imagen (Joseph Catanzarite y Michael Shao).

Simulación del espectro de una exotierra situada a 10 pársec obtenido por el JWST dependiendo del tiempo de exposición. Con un espectro de baja resolución podría detectarse la presencia de agua, pero para verificar la existencia de oxígeno haría falta mucho más tiempo de observación (W.Cash et al.).
Por supuesto, por cada exotierra podrían detectarse varios planetas de masa similar a la de Neptuno o Urano. En definitiva, el estudio prueba que sería muy difícil justificar el desarrollo y lanzamiento de un parasol orbital para usar conjuntamente con el JWST a menos que misiones astrométricas o estudios realizados por observatorios terrestres hayan previamente detectado planetas candidatos a ser exotierras. En este caso, las observaciones del JWST podrían obtener un espectro rudimentario sobre su composición atmosférica y hacer volar nuestra imaginación.
Pese a los modestos resultados, no olvidemos que el objetivo primario del JWST no es el estudio de exotierras, así que la detección de un solo planeta extrasolar similar al nuestro sería todo un éxito.

Fuente original: Eureka