El espectrógrafo infrarrojo Henrietta estudiará atmósferas de planetas lejanos con un nivel de detalle sin precedentes, transformando la forma en que entendemos los mundos más allá de nuestro Sistema Solar.
Durante siglos, las personas han mirado el cielo nocturno y se han preguntado qué mundos podrían orbitar otras estrellas. En las últimas décadas, esa pregunta pasó de la imaginación al descubrimiento. Actualmente se han encontrado miles de planetas más allá de nuestro Sistema Solar: algunos tan calientes que podrían fundir roca, otros lo suficientemente fríos como para formar nubes de agua, y la mayoría muy distintos a los que orbitan nuestro Sol.
Diseñado y construido en los Observatorios de Carnegie Science, el nuevo espectrógrafo infrarrojo Henrietta permitirá a los astrónomos estudiar las atmósferas de mundos distantes, revelando pistas sobre su química, su clima y su historia, y ampliando el conjunto de herramientas que utilizan los astrónomos para comprender cómo son realmente estos planetas.
Nombrado en honor a la astrónoma pionera Henrietta Hill Swope, el instrumento pronto será instalado en el telescopio Swope de 1 metro en el Observatorio Las Campanas de Carnegie Science, en Chile. El propio telescopio fue construido gracias a una generosa donación de Swope, una inversión en astronomía que continúa impulsando descubrimientos décadas después.
Durante su carrera, Swope estudió estrellas variables Cefeidas, cuya relación constante entre brillo y pulsación permitió a los astrónomos medir distancias a través del universo. Hoy, el instrumento que lleva su nombre continúa ese legado, extendiendo nuestro alcance desde el mapeo del cosmos hacia una mejor comprensión de los mundos que existen dentro de él. Se espera que el espectrógrafo obtenga su primera luz a finales de abril.
Por qué importan las atmósferas
Durante los últimos 30 años, los astrónomos han descubierto más de 6.000 exoplanetas. Sin embargo, estos descubrimientos han planteado tantas preguntas como respuestas.
“La masa y el tamaño solo te dicen hasta cierto punto”, señaló Jason Williams, investigador postdoctoral de Carnegie y líder científico y técnico del proyecto Henrietta. “Si midieras la Tierra y Venus de esa manera, pensarías que son casi el mismo planeta. Pero sabemos que sus atmósferas —y sus condiciones— son completamente diferentes”.
Esa diferencia es crucial. La atmósfera de un planeta puede revelar su temperatura, clima, vientos y composición química. También puede contener pistas sobre cómo se formó el planeta, cómo evolucionó y si podría ser capaz de albergar vida. Mediante el análisis de las moléculas atmosféricas, los científicos pueden empezar a construir una imagen más completa de estos mundos lejanos.
El astrónomo de Carnegie Nick Konidaris, especialista en instrumentación, señala que este campo está entrando en una nueva era. El Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA ha descubierto miles de planetas alrededor de estrellas brillantes, objetivos ideales para los estudios atmosféricos. Mientras tanto, el JWST ha demostrado el increíble potencial del estudio de las atmósferas de los exoplanetas desde el espacio, especialmente en el infrarrojo cercano (frente a la cobertura de longitudes de onda ultravioleta y óptica de su primo mayor, el telescopio espacial Hubble).
"Lo que ha cambiado en los últimos años", afirma Konidaris, "es que los tipos de atmósferas planetarias a las que somos sensibles y el nivel de detalle con el que podemos estudiarlas se han multiplicado exponencialmente".
Cómo funciona Henrietta
Henrietta estudiará los planetas cuando pasan por delante de sus estrellas, un fenómeno denominado tránsito. Durante un tránsito, una pequeña fracción de la luz estelar se filtra a través de la atmósfera del planeta antes de llegar a un telescopio en el espacio o en la Tierra. Las moléculas de la atmósfera absorben longitudes de onda específicas de la luz, dejando una huella química que permite a los astrónomos determinar qué moléculas están presentes.
La astrónoma de Carnegie Johanna Teske, miembro del equipo de Henrietta, señaló que en 2012 Venus transitó por delante del Sol, lo que fue visible para los astrónomos aficionados con telescopios domésticos. Los tránsitos de exoplanetas son el mismo fenómeno, solo que más lejos y alrededor de otras estrellas.
"Con estos tránsitos, no estamos observando el planeta y la estrella por separado. Más bien, todo el sistema planetario cae en unos pocos píxeles de nuestro detector", dijo Teske. "Todavía me parece alucinante la cantidad de información que podemos obtener con este método tan indirecto, simplemente estudiando los patrones de la luz".
Adaptado de ilustraciones de: NASA, ESA, CSA, Andi James (STScI).
Henrietta está diseñada para observar en el infrarrojo cercano, una región de la luz invisible al ojo humano, pero rica en información química. Muchas de las moléculas gaseosas que los científicos esperan detectar en las atmósferas planetarias, como el agua, el metano, el amoníaco y el monóxido de carbono, absorben fuertemente en estas longitudes de onda.
El instrumento también utiliza tecnología avanzada de difusores ópticos para estabilizar la luz entrante y mejorar la precisión. En combinación con las condiciones excepcionalmente secas del Observatorio Las Campanas, este enfoque podría permitir a los telescopios terrestres realizar mediciones que antes solo se creían posibles desde el espacio.
Jason Williams junto al espectrógrafo infrarrojo Henrietta en la sala limpia de los Observatorios Científicos Carnegie, donde se diseñó, construyó y se está probando el instrumento antes de su instalación en el Observatorio Las Campanas.
Un nuevo tipo de estudio
Una de las mayores fortalezas de Henrietta será su eficiencia. Carnegie es propietaria y opera el telescopio Swope, lo que permitirá al equipo realizar observaciones durante cientos de noches al año. Este nivel de acceso es poco común y hará posible estudiar docenas de planetas de manera sistemática.
En lugar de centrarse en un solo mundo, Henrietta ayudará a los científicos a crear grandes muestras y comparar diferentes clases de planetas. Este enfoque estadístico podría transformar la forma en que los investigadores entienden los sistemas planetarios.
"En nuestro sistema solar, solo tenemos un ejemplo de cada tipo de planeta: una Tierra, un Júpiter, un Venus", dijo Williams. "Pero en la galaxia hay muchas clases de planetas que observar. Henrietta nos ayudará a ver cuánto varían y qué nos dice eso sobre cómo se forman los planetas".
El equipo espera que el instrumento catalogue las atmósferas de aproximadamente 50 exoplanetas en su primer año, algo que antes del JWST requería una década de observaciones.
Una tradición de Carnegie
Henrietta refleja la larga tradición de Carnegie Science de diseñar y construir instrumentos internamente para responder a preguntas científicas fundamentales. El proyecto ha reunido a astrónomos, físicos, ingenieros, maquinistas y personal de los observatorios.
"Este es el enfoque de Carnegie", afirma Konidaris. "Entendemos cada parte del instrumento, desde cómo entra la luz en el telescopio hasta cómo se convierte en datos en una pantalla. Ese nivel de maestría nos ayuda a hacer mejor ciencia".
Representación transversal del espectrógrafo infrarrojo Henrietta.
Para Williams, que comenzó a trabajar en Henrietta cuando era estudiante de posgrado y ha pasado media década ayudando a diseñar y construir el instrumento, la primera noche de observaciones será un hito importante.
"Ver esa primera imagen significará que lo hemos hecho todo bien, desde el telescopio hasta la imagen que vemos", afirmó Williams. "Es el momento en el que una idea se convierte en realidad".
El proyecto se ha caracterizado por la paciencia. Es un recordatorio de que muchos de los mayores avances de la astronomía comienzan con un trabajo gradual y minucioso. Instrumentos como Henrietta son construidos por personas dispuestas a invertir años de su vida en preguntas que pueden tardar años más en responderse. En esa primera noche bajo el cielo chileno, cuando el espectrógrafo se dirija hacia su primer mundo lejano, no solo marcará un logro tecnológico, sino la culminación del compromiso de una joven científica con la ampliación de los conocimientos de la humanidad.
Y para el resto de nosotros, ese momento sentará las bases para descubrimientos que aún no podemos predecir, ya que Henrietta comenzará a ayudar a reconstruir cómo surgen los planetas —y quizás la vida— en toda la galaxia.