image: Gemini Planet Imager's first light image of Beta Pictoris b, a planet orbiting the star Beta Pictoris. The star, Beta Pictoris, is blocked in this image by a mask so its light doesn't interfere with the light of the planet. In addition to the image, GPI obtains a spectrum from every pixel element in the field of view to allow scientists to study the planet in great detail. Beta Pictoris b is a giant planet – several times larger than Jupiter -- and is approximately ten million years old. These near-infrared images (1.5-1.8 microns) show the planet glowing in infrared light from the heat released in its formation. The bright star Beta Pictoris is hidden behind a mask in the center of the image. view more
Credit: Processing by Christian Marois, NRC Canada.
Este comunicado está disponible en inglés.
Tras casi una década de desarrollo, construcción y prueba, el instrumento más avanzado del mundo para captar directamente imágenes y analizar planetas alrededor de otras estrellas está apuntando hacia el cielo y recolectando luz de mundos distantes.
El instrumento, denominado el Captador de Imágenes de Planetas de Gemini (GPI), fue diseñado, construido y optimizado para captar imágenes de planetas pálidos cercanos a estrellas brillantes y para probar sus atmósferas. Será una herramienta poderosa para estudiar discos polvorientos de planetas en formación que rodean a estrellas jóvenes. Es el instrumento más avanzado que se ha desplegado en uno de los telescopios más grandes del mundo el telescopio Gemini Sur de 8 metros en Chile.
"Incluso estas imágenes de primera luz están casi a un factor de 10 veces mejor que la generación previa de instrumentos. En un minuto, estamos viendo planetas que normalmente nos llevaba una hora detectar," dice Bruce Macintosh del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore quien lideró el equipo que construyó el instrumento.
El GPI detecta radiación infrarroja (calor) de planetas jóvenes como Júpiter en órbitas anchas alrededor de otras estrellas, aquellos equivalentes a los planetas gigantes en nuestro propio sistema solar no mucho después de su formación. Cada planeta que GPI observe puede ser estudiado en detalle.
"La mayoría de los planetas que nosotros conocemos hasta ahora son solo conocidos por métodos indirectos que nos indican que ahí hay un planeta, algo sobre su órbita y masa, pero no mucho más," señala el Dr. Macintosh. "Con GPI nosotros captamos directamente las imágenes de los planetas alrededor de las estrellas es un poco como ser capaz de disectar el sistema y realmente zambullirse en los componentes atmosféricos del planeta y sus características."
GPI hizo sus primeras observaciones el pasado mes de noviembre durante un debut considerado en extremo estable para un instrumento astronómico del tamaño de un pequeño vehículo que es extraordinariamente complejo. "Este fue uno de los turnos más estables de primera luz que Gemini haya visto alguna vez," dice Stephen Goodsell, quien dirige el proyecto para el observatorio.
Para las primeras observaciones de GPI, el equipo apuntó a sistemas planetarios previamente observados, incluyendo el bien conocido sistema Beta Pictoris; en el GPI se obtuvo el primer espectro de un muy joven planeta Beta Pictoris b. El equipo de la primera luz también usó el modo único de polarización del instrumento el cual puede detectar luz estelar desparramada en pequeñísimas partículas para estudiar un anillo de polvo pálido orbitando la estrella muy joven HR4796. Con previos instrumentos, solo las orillas de este anillo de polvo, (el cual puede ser desecho de una formación planetaria), podían ser vistos pero con GPI los astrónomos pueden seguir la circunferencia completa del anillo.
Aunque GPI fue diseñado para mirar planetas distantes, también puede observar objetos en nuestro Sistema Solar. Las imágenes de prueba que acompañan de la luna de Júpiter Europa, por ejemplo, permite a los científicos mapear los cambios en la composición de la superficie del satélite. Las imágenes fueron presentadas hoy en la reunión 223 de la Sociedad Norteamericana de Astronomía en Washington DC.
"Ver un planeta cerca de una estrella solo un minuto después, fue una maravilla, y vimos esto, apenas la primera semana luego que el instrumento fuera instalado en el telescopio!" dijo Fredrik Rantakyro, científico de Gemini que trabaja en el instrumento. "Imaginen lo que seremos capaces de hacer una vez que ajustemos y optimicemos completamente su trabajo."
"Los exoplanetas son extremadamente pálidos y difíciles de observar cerca de una estrella brillante," dice el científico jefe de GPI, Profesor James R. Graham de la Universidad de California, quien ha trabajado con Macintosh en el proyecto desde sus inicios. GPI puede ver planetas un millón de veces más pálidos que sus estrellas progenitoras. Comúnmente descrito, "como tratar de ver una polilla que vuela en círculos bajo una luminaria en la calle a kilómetros de distancia," los instrumentos usados para capturar imágenes de exoplanetas deben ser diseñados y construidos para "tolerancias máximas," señala Leslie Saddlemyer de la NRC Herzberg (parte del Consejo de Investigación Nacional de Canadá), quien trabajó como ingeniero de sistemas de GPI. "Cada espejo individual dentro de GPI debe ser emparejado a unas pocas veces el tamaño de un átomo." agrega Saddlemyer.
"GPI representa un sorprendente logro técnico para el equipo internacional de científicos que pensaron, diseñaron y construyeron el instrumento, al igual que un sello de las capacidades de los telescopios Gemini. Es un paso altamente anticipado y muy merecido hacia el centro de atención del Observatorio", dice el Dr. Gary Schmidt, a cargo del programa en la Fundación Nacional de las Ciencias de los Estados Unidos (NSF), la cual financió el proyecto junto a los países de la asociación del Observatorio Gemini.
"Después de años de desarrollo y simulaciones y pruebas, es increíblemente emocionante ahora ver las imágenes reales y espectros de exoplanetas observados con GPI. Son simplemente datos estupendos," dice Marshall Perrin del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial.
"La comunidad entera de exoplanetas está ansiosa para que GPI los encamine a una nueva era de descubrimiento de planetas," dice la físico y experta en exoplanetas Sara Seager del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Seager, quien no está afiliada con el proyecto agrega, "Cada técnica de detección de exoplanetas tiene sus días de apogeo. Primero fue la técnica de velocidad radial (búsqueda de planetas desde la Tierra que dió inicio a este nuevo campo). En segundo lugar fue la técnica de tránsito (conocida como Kepler). Ahora," dice, " es el turno de la técnica de de búsqueda de planetas con obtención directa de imágenes la que hace olas."
En el 2014, GPI comenzará una encuestra a gran escala, observando a 600 estrellas jóvenes para ver qué planetas gigantes las orbitan. GPI también estará disponible para toda la comunidad de Gemini para otros proyectos, que van desde los estudios de discos de formación planetaria hasta emisiones de polvo de estrellas masivas que estén muriendo.
Mirar a través de la turbulenta atmósfera de la Tierra, aunque sea con óptica adaptativa avanzada, permitirá que GPI solo sea capaz de ver planetas del tamaño de Júpiter. Pero, tecnología similar se propone para futuros telescopios espaciales.
"Algún día, habrá un instrumento que será muy similar a GPI, en un telescopio en el espacio," proyecta Macinstosh. "Y las imágenes y espectros que saldrán de ese instrumento mostrarán un pequeño punto azul que será otra Tierra."
GPI es un proyecto internacional liderado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) bajo la supervisión de Gemini, con el Dr. Macintosh como Investigador Principal y el ingeniero de LLNL David Palmer como gerente de proyecto. LLNL también produjo el avanzado sistema de óptica adaptativa que mide y corrije la turbulencia atmosférica mil veces por segundo. Estudios tempranos del proyecto de GPI fueron liderados por el Centro de Optica Adaptativa de la Universidad de California con financiamiento de la Fundación Nacional de las Ciencias de los Estados Unidos. Donald Gavel, del Observatorio Lick UC Santa Cruz, encabezó los esfuerzos de investigación del laboratorio los cuales comprobaron las tecnologías del microespejo y las coronagrafía. Científicos del Museo de Historia Natural de Estados Unidos, encabezados por Ben Oppenheimer, diseñaron máscaras especiales llamadas coronagráfica para bloquear la luz estelar indirecta. El Laboratorio Jet Propulsion de NASA construyó un sensor de onda frontal infrarrojo ultra preciso para medir pequeñas distorsiones en luz estelar que pudiera enmascarar un planeta. Un equipo en el Laboratorio de Infrarrojo de la Universidad de California LosAngeles, bajo la supervision del Profesor James Larkin, junto con Rene Doyon en la Universidad de Montreal, armaron el espectrógrafo infrarrojo que disecta la luz de los planetas. Software de análisis de datos escrito en la Universidad de Montreal y en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial convierten los datos duros del espectrógrafo en cubos 3-d. La NRC Herzberg en British Columbia Canadá, construyó la estructura metálica y el software que permiten que todas las piezas actúen en conjunto. El instrumento estuvo sometido a un extenso trabajo de pruebas en el laboratorio en la Universidad de California Santa Cruz antes de su envío a Chile en agosto. El instituto SETI en California maneja los datos y comunicaciones.