El telescopio Nancy Grace Roman prepara su despegue y promete cazar 200,000 planetas nuevos
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Durante décadas se ha creído que una sustancia invisible impregna el cosmos. Detectada únicamente por su influencia gravitacional sobre los objetos visibles, la materia oscura representa aproximadamente el 85% de toda la materia, envolviendo galaxias enteras en grandes esferoides que se ramifican y entrelazan para formar el andamiaje del universo.
Pero las especificaciones de esta grandiosa arquitectura siguen envueltas en misterio. Impulsado por una fuerza fantasmal que los científicos llaman energía oscura, el universo está en constante cambio, expandiéndose continuamente a un ritmo acelerado.
Un nuevo telescopio espacial, que se lanzará el 30 de agosto desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida, intentará desentrañar la naturaleza de estos oscuros fenómenos intergalácticos. Con la resolución del Hubble y un campo de visión unas 100 veces mayor, el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman ofrecerá una nueva forma de observar el universo que podría ayudar a resolver algunas de las preguntas más importantes de la astrofísica.
"Por naturaleza, un observatorio como Roman es una máquina de descubrimientos. Vamos a encontrar cosas raras, inusuales, nuevas y sorprendentes", afirma Julie McEnery, científica principal del proyecto del telescopio espacial de la NASA.
El observatorio fue bautizado así por el primer astrónomo jefe de la NASA
Durante su misión principal de cinco años, el telescopio Roman cartografiará vastas extensiones del espacio para obtener una imagen completa de las galaxias y la materia oscura, lo que ayudará a los científicos a comprender cómo cambian con el tiempo las formaciones más grandes del universo. El telescopio, que lleva el nombre del primer astrónomo jefe de la NASA, rastreará estructuras astrofísicas midiendo sutiles distorsiones de la luz causadas por la gravedad, lo que permitirá a los científicos estudiar cómo la energía oscura impulsa la evolución cósmica.
"No estamos midiendo las propiedades de algo en el universo. Estamos comprendiendo cómo funciona fundamentalmente el espacio en el que vivimos", menciona McEnery sobre este trabajo.
Se espera que la visión nítida y amplia del telescopio Roman capture hasta 200,000 planetas nuevos, un salto extraordinario con respecto a los aproximadamente 6,300 exoplanetas confirmados. El telescopio detectará la mayoría de estos mundos a medida que bloqueen parte de la luz de sus estrellas anfitrionas, pero su alta sensibilidad le permitirá detectar otros 1,000 aproximadamente midiendo los efectos gravitacionales de los planetas sobre la luz estelar.
Dada la potente resolución del telescopio espacial y su amplia área de estudio, es imposible predecir con exactitud qué más podrá descubrir. "Los descubrimientos científicos más apasionantes de Roman podrían ser algo que ni siquiera podemos imaginar ahora mismo", afirma McEnery.
Para comprender los fenómenos más violentos del universo quizá no tengamos que mirar el espacio profundo, sino observar las partículas a nuestro alrededor.
Mundos completamente nuevos
En muchos sentidos, Roman será un socio del telescopio espacial James Webb. Ambos observan principalmente luz infrarroja y, al igual que Webb, Roman orbitará un punto en el espacio a casi un millón de millas de la Tierra llamado Punto de Lagrange 2, donde los telescopios pueden bloquear eficazmente la luz del Sol, la Tierra y la Luna.
Pero mientras que Webb está diseñado para adentrarse en las profundidades del cosmos, Roman adoptará una perspectiva más amplia. "El James Webb está optimizado para observar el universo, pero solo una pequeña porción del cielo. En cambio, Roman puede observar una gran área del cielo a la vez", explica la astrofísica Rachel Mandelbaum, de la Universidad Carnegie Mellon.
El telescopio Nancy Grace Roman.
Fotografía: NASA/Sydney Rohde
Esa visión panorámica permitirá a Roman explorar cientos de millones de estrellas en busca de planetas. Al igual que en misiones anteriores, el observatorio espacial encontrará la mayoría de sus objetivos buscando planetas que transitan frente a sus estrellas anfitrionas. Esta es una técnica muy eficaz para encontrar planetas grandes con órbitas cortas, pero para buscar otros tipos de mundos, Roman utilizará otro recurso llamado microlente gravitacional.
Cuando dos estrellas se alinean una frente a la otra, la luz de la estrella que está al fondo se distorsiona y se magnifica por la gravedad de la estrella que está en primer plano. Si esa estrella en primer plano alberga un planeta, Roman podrá detectar cómo la gravedad del planeta magnifica aún más la luz estelar que proviene de detrás.
"Este método permite detectar planetas que se encuentran más lejos de sus estrellas que otros métodos. No es necesario que el planeta complete una órbita entera para poder detectarlo", relata Matthew Penny, investigador de exoplanetas de la Universidad Estatal de Luisiana.
Roman es tan sensible a estos efectos de microlente gravitacional que debería ser capaz de detectar planetas con menos masa que Mercurio. También podrá detectar planetas errantes que se han alejado de sus estrellas o que se han formado solos en el vacío. Al estudiar estas nuevas poblaciones de planetas, los científicos pueden aprender más sobre las condiciones que podrían producir un sistema como el nuestro y, por extensión, un planeta con vida como la Tierra.
"Nuestro sistema solar es bastante único, aunque todavía no lo sabemos con certeza. Hay muchas circunstancias favorables en el sistema solar que hacen posible la vida", dice Penny.
Explorar las regiones exteriores de los sistemas planetarios aportará piezas clave que faltan para completar este rompecabezas. Según Penny, la presencia de planetas grandes lejos de una estrella podría favorecer la formación de planetas más pequeños cerca de la zona habitable, donde podrían darse las condiciones necesarias para que exista agua líquida.
"Sin un censo completo de toda la gama de planetas posibles, realmente no sabemos cuán comunes son los planetas como la Tierra, o los sistemas planetarios como el nuestro", añade Penny.
El universo oscuro
Además de descubrir muchos mundos nuevos, la mirada de Roman se posará en más de mil millones de galaxias. Particularmente, se centrará en una población de galaxias que existieron entre 2,000 y 6,000 millones de años después del Big Bang.
Mandelbaum menciona que una de las cosas que se está estudiando es la historia y el desarrollo de la estructura cósmica: "En el universo primitivo, la materia estaba distribuida de forma casi uniforme. Pero existían pequeñas perturbaciones o regiones diminutas que eran solo una fracción más o menos densas".
Esas regiones ligeramente más densas atrajeron cada vez más material con el tiempo, formando finalmente inmensos cúmulos de materia oscura que los científicos denominan halos. El gas fue entonces impulsado hacia el centro de estos halos de materia oscura, donde encendió estrellas que se agruparon para formar galaxias.
Roman creará un mapa extraordinariamente detallado de las galaxias visibles, y trazará un mapa de la distribución de la materia oscura con más precisión que nunca utilizando una técnica llamada "lente gravitacional débil".
"Cada vez que un rayo de luz procedente de una galaxia tiene que atravesar el universo, incluyendo todo tipo de estructuras, hasta llegar a nosotros, la trayectoria de ese rayo de luz se ve ligeramente perturbada", enuncia Mandelbaum.
Al comparar esos rayos de luz perturbados provenientes de numerosas galaxias, los científicos pueden rastrear la red cósmica de materia oscura que rodea y conecta los cúmulos de galaxias. La comparación de los mapas generados por Roman con las observaciones del universo primitivo permitirá a los científicos estudiar cómo han cambiado las cosas con el tiempo.
"Estamos intentando responder preguntas fundamentales sobre el universo, y resulta ser increíblemente difícil. Necesitamos observatorios realmente potentes como el de Roman", menciona Mandelbaum.
Abordando los misterios cósmicos
En los últimos años, han surgido tres anomalías notables en el estudio de la cosmología. La primera es que el universo parece estar expandiéndose hoy más rápido de lo que debería, según los modelos basados en las condiciones inmediatamente posteriores al Big Bang. La segunda es que la materia del universo está distribuida de manera más uniforme de lo esperado.
Y el tercero es un sorprendente hallazgo reciente del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés) en Arizona, que sugiere que la energía oscura, la fuerza que impulsa la expansión del universo, puede estar debilitándose inesperadamente con el tiempo.
Fotografía: NASA / Sydney Rohde (Rocz)
Estas tres tensiones, como las denominan los científicos, apuntan a distintos aspectos en los que el modelo cosmológico estándar podría estar incompleto. "Resulta un tanto intrigante, porque hay indicios de que algo anda muy mal", indica McEnery.
Para cada uno de estos misterios sin resolver, Roman proporcionará datos valiosos. En cuanto a la tasa de expansión del universo, se espera que el telescopio espacial capture decenas de miles de explosiones de supernovas, varias veces más de las que se han observado hasta ahora. Ciertas supernovas pueden utilizarse para medir la tasa de expansión del universo en la actualidad, lo que significa que Roman permitirá a los investigadores calcular este valor con mayor precisión.
Los mapas de estructuras a gran escala del observatorio también permitirán a los investigadores comprender mejor la distribución de la materia en el universo, o su agrupamiento. Además, sus mediciones de los efectos gravitacionales de la materia oscura ofrecerán una imagen detallada de cómo estas estructuras han crecido con el tiempo, lo que permitirá a los científicos comprobar si la intensidad de la energía oscura realmente ha estado cambiando, como sugiere DESI.
La vasta visión del universo que propone Roman revelará innumerables detalles nuevos, y a medida que los científicos vayan completando este inmenso rompecabezas, podrían revolucionar nuestra comprensión de la cosmología. "En el siglo pasado logramos un gran avance en el estudio de lo infinitamente pequeño con el desarrollo de la mecánica cuántica y el descubrimiento de las partículas elementales. Quizás este sea el siglo de la comprensión de lo infinitamente grande", concluye McEnery.
Artículo originalmente publicado en WIRED.com. Adaptado por Alondra Flores.