Con el reciente lanzamiento de la Satélite de Encuesta Exoplaneta en tránsito (TESS), que tuvo lugar el miércoles 18 de abril de 2018, se ha prestado mucha atención a los telescopios espaciales de próxima generación que se lanzarán al espacio en los próximos años. Estos incluyen no solo elTelescopio espacial James Webb, que actualmente está programado para su lanzamiento en 2020, pero algunas otras naves espaciales avanzadas que se desplegarán en la década de 2030.
Tal fue el tema de la reciente Encuesta Decadal de Astrofísica 2020, que incluyó cuatro conceptos emblemáticos de misiones que se están estudiando actualmente. Cuando estas misiones salgan al espacio, continuarán donde las misiones como Hubble, Kepler, Spitzer y Chandra dejado, pero tendrá una mayor sensibilidad y capacidad. Como tal, se espera que revelen mucho más sobre nuestro Universo y los secretos que guarda.
Como era de esperar, los conceptos de la misión presentados al Estudio Decadal 2020 cubren una amplia gama de objetivos científicos, desde observar agujeros negros distantes y el Universo temprano hasta investigar exoplanetas alrededor de estrellas cercanas y estudiar los cuerpos del Sistema Solar. Estas ideas fueron examinadas a fondo por la comunidad científica, y cuatro han sido seleccionadas como dignas de perseguir.
Como Susan Neff, la científica principal del Programa de Orígenes Cósmicos de la NASA, explicó en un reciente comunicado de prensa de la NASA:
“Este es el momento del juego para la astrofísica. Queremos construir todos estos conceptos, pero no tenemos el presupuesto para hacer los cuatro al mismo tiempo. El objetivo de estos estudios de décadas es proporcionar a los miembros de la comunidad de astrofísica la mejor información posible a medida que deciden qué ciencia hacer primero ".
Los cuatro conceptos seleccionados incluyen el Topógrafo ultravioleta / óptico / infrarrojo grande (LUVOIR), un observatorio espacial gigante desarrollado en la tradición del telescopio espacial Hubble. Como uno de los dos conceptos investigados por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, este concepto de misión requiere un telescopio espacial con un espejo primario segmentado masivo que mida aproximadamente 15 metros (49 pies) de diámetro.
En comparación, el JWST‘El espejo primario (actualmente el telescopio espacial más avanzado) mide 6.5 m (21 pies 4 pulgadas) de diámetro. Al igual que el JWST, el espejo de LUVOIR estaría formado por segmentos ajustables que se desplegarían una vez que se desplegara en el espacio. Los actuadores y motores ajustarían y alinearían activamente estos segmentos para lograr el enfoque perfecto y capturar la luz de objetos débiles y distantes.
Con estas herramientas avanzadas, LUVOIR podría obtener imágenes directas de planetas del tamaño de la Tierra y evaluar sus atmósferas. Como explicó el científico del estudio Aki Roberge:
“Esta misión es ambiciosa, pero descubrir si hay vida fuera del sistema solar es el premio. Todos los postes altos de tecnología son impulsados por este objetivo ... La estabilidad física, más el control activo en el espejo primario y un coronógrafo interno (un dispositivo para bloquear la luz de las estrellas) dará como resultado la precisión del picómetro. Se trata de control ".
También está el Telescopio Espacial Origins (OST), otro concepto perseguido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard. Como el Telescopio Espacial Spitzer y el Observatorio espacial Herschel, este observatorio de infrarrojo lejano ofrecería 10.000 veces más sensibilidad que cualquier telescopio de infrarrojo lejano anterior. Sus objetivos incluyen observar los confines más lejanos del universo, trazar el camino del agua a través de la formación de estrellas y planetas, y buscar signos de vida en las atmósferas de los exoplanetas.
Su espejo primario, que mediría unos 9 m (30 pies) de diámetro, sería el primer telescopio enfriado activamente, manteniendo su espejo a una temperatura de aproximadamente 4 K (-269 ° C; -452 ° F) y sus detectores a una temperatura de 0.05 K. Para lograr esto, el equipo de OST se basará en capas de protección solar, cuatro refrigeradores criogénicos y un refrigerador de desmagnetización adiabática continua (CADR).
Según Dave Leisawitz, científico de Goddard y científico del estudio OST, el OST depende especialmente de grandes conjuntos de detectores superconductores que miden en millones de píxeles. "Cuando la gente pregunta sobre las brechas tecnológicas en el desarrollo del telescopio espacial Origins, les digo que los tres desafíos principales son los detectores, detectores, detectores", dijo. "Se trata de los detectores".
Específicamente, el OST dependería de dos tipos emergentes de detectores: sensores de transición de borde (TES) o detectores de inductancia cinética (KID). Aunque todavía son relativamente nuevos, los detectores TES están madurando rápidamente y actualmente se están utilizando en el instrumento HAWC + a bordo del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) de la NASA.
Luego está el Generador de imágenes de exoplanetas habitables (HabEx) que está desarrollando el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Al igual que LUVOIR, este telescopio también tomaría imágenes directamente de los sistemas planetarios para analizar la composición de las atmósferas de los planetas con un gran espejo segmentado. Además, estudiaría las primeras épocas de la historia del Universo y el ciclo de vida de las estrellas más masivas, arrojando así luz sobre cómo se forman los elementos necesarios para la vida.
También como LUVOIR, HabEx podría realizar estudios en las longitudes de onda ultravioleta, óptica e infrarroja cercana, y podría bloquear el brillo de una estrella madre para que pudiera ver la luz reflejada en los planetas que lo orbitan. Como explicó Neil Zimmerman, un experto de la NASA en el campo de la coronagrafía:
“Para obtener una imagen directa de un planeta que orbita una estrella cercana, debemos superar una barrera tremenda en el rango dinámico: el brillo abrumador de la estrella contra el tenue reflejo de la luz estelar del planeta, con solo un pequeño ángulo que separa a los dos. No hay una solución estándar para este problema porque es muy diferente a cualquier otro desafío en astronomía observacional ”.
Para abordar este desafío, el equipo de HabEx está considerando dos enfoques, que incluyen sombras de estrellas externas en forma de pétalo que bloquean la luz y los coronógrafos internos que evitan que la luz de las estrellas llegue a los detectores. Otra posibilidad que se está investigando es aplicar nanotubos de carbono en las máscaras coronagráficas para modificar los patrones de cualquier luz difractada que aún pase.
Por último, pero no menos importante, es el Inspector de rayos X conocido como Lince siendo desarrollado por el Marshall Space Flight Center. De los cuatro telescopios espaciales, Lynx es el único concepto que examinará el Universo en rayos X. Usando un espectrómetro de imagen de microcalorímetro de rayos X, este telescopio espacial detectará los rayos X provenientes de los agujeros negros supermasivos (SMBH) en el centro de las primeras galaxias del universo.
Esta técnica consiste en fotos de rayos X que golpean los absorbedores de un detector y convierten su energía en calor, que se mide con un termómetro. De esta forma, Lynx ayudará a los astrónomos a descubrir cómo se formaron los primeros SMBH. Como Rob Petre, miembro del estudio Lynx en Goddard, describió la misión:
“Se ha observado que los agujeros negros supermasivos existen mucho antes en el universo de lo que predicen nuestras teorías actuales. No entendemos cómo se formaron objetos tan masivos tan pronto después del tiempo en que las primeras estrellas podrían haberse formado. Necesitamos un telescopio de rayos X para ver los primeros agujeros negros supermasivos, con el fin de proporcionar información para las teorías sobre cómo podrían haberse formado ".
Independientemente de la misión que finalmente seleccione la NASA, la agencia y los centros individuales han comenzado a invertir en herramientas avanzadas para perseguir tales conceptos en el futuro. Los cuatro equipos presentaron sus informes provisionales en marzo. Para el próximo año, se espera que terminen los informes finales para el Consejo Nacional de Investigación (NRC), que se utilizará para informar sus recomendaciones a la NASA en los próximos años.
Como Thai Pham, gerente de desarrollo de tecnología para la Oficina del Programa de Astrofísica de la NASA, indicó:
"No digo que será fácil. No será Estas son misiones ambiciosas, con importantes desafíos técnicos, muchos de los cuales se superponen y se aplican a todos. La buena noticia es que ahora se están sentando las bases ”.
Con TESS ahora desplegado y el JWST programado para lanzarse en 2020, las lecciones aprendidas en los próximos años ciertamente se incorporarán a estas misiones. En la actualidad, no está claro cuál de los siguientes conceptos irá al espacio en la década de 2030. Sin embargo, entre sus instrumentos avanzados y las lecciones aprendidas de misiones pasadas, podemos esperar que hagan algunos descubrimientos profundos sobre el Universo.
