Nueva cámara para ver hasta detalles de la superficie de exoplanetas

Antoine Labeyrie

MADRID, 19 Mar. (EUROPA PRESS) -

Una nueva cámara puede permitir a los hipertelescopios tomar imágenes de varias estrellas a la vez y captar en alta resolución objetos fuera de nuestro sistema solar, como planetas, púlsares, cúmulos globulares y galaxias distantes.

"Un hipertelescopio de campo múltiple podría, en principio, capturar una imagen altamente detallada de una estrella, posiblemente también mostrando sus planetas e incluso los detalles de las superficies de los planetas", dijo Antoine Labeyrie, profesor emérito del Collège de France y Observatoire de la Cote d'Azur, pionera en el diseño del hipertelescopio. "Podría permitir que los planetas fuera de nuestro sistema solar se vean con suficiente detalle para que la espectroscopía se pueda utilizar para buscar evidencia de vida fotosintética".

En la revista Optics Letters de The Optical Society (OSA), Labeyrie y un grupo multiinstitucional de investigadores informan resultados de modelado óptico que verifican que su diseño de campo múltiple puede extender sustancialmente la cobertura de campo de visión estrecho de los hipertelescopios desarrollados hasta la fecha.

Los telescopios ópticos grandes usan un espejo cóncavo para enfocar la luz de las fuentes celestes. Aunque los espejos más grandes pueden producir imágenes más detalladas debido a su dispersión difractiva reducida del haz de luz, existe un límite en cuanto al tamaño de estos espejos. Los hipertelescopios están diseñados para superar esta limitación de tamaño mediante el uso de grandes conjuntos de espejos, que se pueden separar ampliamente.

Los investigadores han experimentado previamente con diseños relativamente pequeños de prototipos de hipertelescopios, y actualmente se está construyendo una versión de tamaño completo en los Alpes franceses. En el nuevo trabajo, los investigadores usaron modelos de computadora para crear un diseño que les daría a los hipertelescopios un campo de visión mucho más amplio. Este diseño podría implementarse en la Tierra, en un cráter de la luna o incluso en una escala extremadamente grande en el espacio.

Construir un hipertelescopio en el espacio, por ejemplo, requeriría una gran flotilla de pequeños espejos espaciados para formar un espejo cóncavo muy grande. El espejo grande enfoca la luz de una estrella u otro objeto celeste en una nave espacial separada que lleva una cámara y otros componentes ópticos necesarios.

"El diseño de campo múltiple es una adición bastante modesta al sistema óptico de un hipertelescopio, pero debería mejorar enormemente sus capacidades", dijo Labeyrie. "Una versión final desplegada en el espacio podría tener un diámetro diez veces mayor que la Tierra y podría usarse para revelar detalles de objetos extremadamente pequeños como el púlsar Cangrejo, una estrella de neutrones que se cree que tiene solo 20 kilómetros de tamaño".

Los hipertelescopios utilizan lo que se conoce como densificación de pupilas para concentrar la recolección de luz y formar imágenes de alta resolución. Sin embargo, este proceso limita en gran medida el campo de visión de los hipertelescopios, evitando la formación de imágenes de objetos difusos o grandes, como un cúmulo estelar globular, un sistema exoplanetario o una galaxia.

Los investigadores desarrollaron un sistema microóptico que se puede usar con la cámara focal del hipertelescopio para generar simultáneamente imágenes separadas de cada campo de interés. Para los cúmulos estelares, esto permite obtener imágenes separadas de cada uno de miles de estrellas simultáneamente.

El diseño de campo múltiple propuesto puede considerarse como un instrumento hecho de múltiples hipertelescopios independientes, cada uno con un eje óptico inclinado de manera diferente que le da un campo de imagen único. Estos telescopios independientes enfocan imágenes adyacentes en un solo sensor de cámara.

Los investigadores utilizaron software de simulación óptica para modelar diferentes implementaciones de un hipertelescopio de campo múltiple. Todos estos proporcionaron resultados precisos que confirmaron la viabilidad de las observaciones de múltiples campos.

La incorporación de la adición de múltiples campos en los prototipos de hipertelescopio requeriría el desarrollo de nuevos componentes, incluidos los componentes de óptica adaptativa para corregir imperfecciones ópticas residuales en el diseño fuera del eje. Los investigadores también continúan desarrollando técnicas de alineación y software de control para que la nueva cámara se pueda usar con el prototipo en los Alpes. También han desarrollado un diseño similar para una versión basada en la luna.