Hasta la fecha, los astrónomos han descubierto más de cinco mil planetas fuera del sistema solar. Pero la gran pregunta sigue siendo si alguno de esos planetas alberga vida. Y para encontrar la respuesta, es probable que los expertos necesiten telescopios más potentes que los que existen en la actualidad.
Durante los últimos siete años, he estado codirigiendo un equipo que está desarrollando un nuevo tipo de telescopio espacial que podría captar cien veces más luz que el Telescopio Espacial James Webb, el telescopio espacial más grande jamás construido.
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Casi todos los telescopios espaciales, incluidos el Hubble y el Webb, recogen la luz mediante espejos. Nuestro telescopio propuesto, el Observatorio Espacial Nautilus, reemplazaría los espejos grandes y pesados con una lente nueva y delgada que es mucho más liviana, económica y fácil de producir que los telescopios con espejos. Debido a esas diferencias, sería posible poner en órbita muchas unidades individuales y crear una poderosa red de telescopios.
La necesidad de telescopios más grandes
Los exoplanetas, planetas que orbitan estrellas distintas al Sol, son objetivos principales en la búsqueda de vida. Los astrónomos necesitan usar telescopios espaciales gigantes que recolectan grandes cantidades de luz para estudiar estos objetos débiles y lejanos.
Los telescopios existentes pueden detectar exoplanetas tan pequeños como la Tierra. Sin embargo, se necesita mucha más sensibilidad para comenzar a aprender sobre la composición química de esos planetas. Incluso el Webb es apenas lo suficientemente poderoso como para buscar en ciertos exoplanetas pistas de vida, es decir, gases en la atmósfera.
El telescopio espacial James Webb costó más de 8.000 millones de dólares y tardó más de 20 años en construirse. No se espera que el próximo telescopio insignia vuele antes de 2045 y se estima que costará $11 mil millones. Estos ambiciosos proyectos de telescopios son siempre costosos, laboriosos y producen un solo observatorio poderoso, pero muy especializado.
Un nuevo tipo de telescopio
Las lentes difractivas simples y delgadas son famosas por sus imágenes borrosas, por lo que nunca se han utilizado en observatorios astronómicos. Pero si pudiera mejorar su claridad, el uso de lentes de difracción en lugar de espejos o lentes de refracción permitiría que un telescopio espacial fuera mucho más barato, liviano y grande.
En la Universidad de Arizona decidí explorar si la tecnología moderna podría producir lentes difractivos con mejor calidad de imagen. Por suerte para mí, Thomas Milster, uno de los principales expertos mundiales en diseño de lentes de difracción, trabaja en el edificio contiguo al mío. Formamos un equipo y nos pusimos manos a la obra.
Durante los siguientes dos años, nuestro equipo inventó un nuevo tipo de lente difractiva que requería nuevas tecnologías de fabricación para grabar un patrón complejo de pequeñas ranuras en una pieza de vidrio o plástico transparente. El patrón y la forma específicos de los cortes enfocan la luz entrante en un solo punto detrás de la lente. El nuevo diseño produce una imagen de calidad casi perfecta, mucho mejor que las lentes difractivas anteriores.
Debido a que es la textura de la superficie de la lente la que enfoca, no el grosor, puede hacer que la lente sea más grande y mantenerla muy delgada y liviana. Las lentes más grandes recogen más luz y el bajo peso significa lanzamientos más baratos a la órbita, ambas características excelentes para un telescopio espacial.
En agosto de 2018 nuestro equipo produjo el primer prototipo, una lente de 2 pulgadas (5 centímetros) de diámetro. Durante los siguientes cinco años, mejoramos aún más la calidad de la imagen y aumentamos el tamaño. Ahora estamos completando una lente de 10 pulgadas (24 cm) de diámetro que será más de 10 veces más liviana que una lente refractiva convencional.
Este nuevo diseño de lente permite repensar cómo se podría construir un telescopio espacial. En 2019, nuestro equipo publicó un concepto llamado Observatorio espacial Nautilus.
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Usando la nueva tecnología, nuestro equipo cree que es posible construir una lente de 29,5 pies (8,5 metros) de diámetro que tendría solo 0,2 pulgadas (0,5 cm) de grosor. La lente y la estructura de soporte de nuestro nuevo telescopio podrían pesar alrededor de 1100 libras (500 kilogramos). Esto es más de tres veces más liviano que un espejo estilo Webb de un tamaño similar y sería más grande que el espejo de 21 pies (6,5 metros) de diámetro de Webb.
Cada telescopio individual sería un observatorio independiente y altamente sensible capaz de recolectar más luz que Webb. Pero el poder real de Nautilus provendría de orientar todos los telescopios individuales hacia un solo objetivo.
* Decano Asociado de Investigación y Profesor de Astronomía y Ciencias Planetarias, Universidad de Arizona.