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El telescopio de gravedad futurista de Stanford podría obtener imágenes de exoplanetas: 1.000 veces más potente que la tecnología actual

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El telescopio de gravedad futurista de Stanford podría obtener imágenes de exoplanetas: 1.000 veces más potente que la tecnología actual

Una técnica futurista conceptualizada por científicos de la Universidad de Stanford podría permitir imágenes astronómicas mucho más avanzadas de lo que es posible actualmente. Crédito: Alexander Madurowicz

Una técnica futurista de ‘telescopio de gravedad’ conceptualizada por astrofísicos de Stanford podría permitir imágenes astronómicas mucho más avanzadas que cualquiera de ellos en la actualidad.

En el tiempo transcurrido desde la primera[{» attribute=»»>exoplanet was discovered in 1992, astronomers have discovered more than 5,000 planets orbiting other stars. However, when astronomers detect a new exoplanet, we learn relatively little about it: we know that it exists and a few features about it, but the rest is a mystery.

To sidestep the physical constraints of telescopes, Stanford University astrophysicists have been developing a new conceptual imaging technique that would be 1,000 times more precise than the strongest imaging technology currently in use. By taking advantage of gravity’s warping effect on space-time, called gravitational lensing, scientists could potentially manipulate this phenomenon to create imaging far more advanced than any currently available.

In a paper published today (May 2, 2022) in The Astrophysical Journal, the researchers describe a way to manipulate solar gravitational lensing to view planets outside our solar system. By positioning a telescope, the sun, and exoplanet in a line with the sun in the middle, scientists could use the gravitational field of the sun to magnify light from the exoplanet as it passes by. As opposed to a magnifying glass which has a curved surface that bends light, a gravitational lens has a curved space-time that enables imaging far away objects.

Gravity Telescope Reconstruction of Earth

An example of a reconstruction of Earth, using the ring of light around the Sun, projected by the solar gravitational lens. The algorithm that enables this reconstruction can be applied to exoplanets for superior imaging. Credit: Alexander Madurowicz

“We want to take pictures of planets that are orbiting other stars that are as good as the pictures we can make of planets in our own solar system,” said Bruce Macintosh, a physics professor at in the School of Humanities and Sciences at Stanford and deputy director of the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC). “With this technology, we hope to take a picture of a planet 100 light-years away that has the same impact as Apollo 8’s picture of Earth.”

The catch, at present, is that their proposed technique would require more advanced space travel than is currently available. Still, the promise of this concept and what it could reveal about other planets, makes it worth continued consideration and development, said the researchers.

The perks of light bending

Gravitational lensing wasn’t experimentally observed until 1919 during a solar eclipse. With the moon obstructing the light from the sun, scientists were able to see stars near the sun offset from their known positions. This was unequivocal proof that gravity could bend light and the first observational evidence that Einstein’s theory of relativity was correct. Later, in 1979, Von Eshleman, a Stanford professor, published a detailed account of how astronomers and spacecraft could exploit the solar gravitational lens. (Meanwhile, astronomers including many at Stanford’s KIPAC now routinely use the powerful gravity of the most massive galaxies to study the early evolution of the universe.)

But it wasn’t until 2020 that the imaging technique was explored in detail in order to observe planets. Slava Turyshev of California Institute of Technology’s Jet Propulsion Laboratory described a technique where a space-based telescope could use rockets to scan around the rays of light from a planet to reconstruct a clear picture, but the technique would require a lot of fuel and time.

Gravity Telescope That Could Image Exoplanets

Video depicting how this conceptual exoplanet imaging technique compares to an existing imaging idea. Credit: Alexander Madurowicz

Building on Turyshev’s work, Alexander Madurowicz, a PhD student at KIPAC, invented a new method that can reconstruct a planet’s surface from a single image taken looking directly at the sun. By capturing the ring of light around the sun formed by the exoplanet, the algorithm Madurowicz designed can undistort the light from the ring by reversing the bending from the gravitational lens, which turns the ring back into a round planet.

Madurowicz demonstrated his work by using images of the rotating Earth taken by the satellite DSCOVR that sits between Earth and the sun. Then, he used a computer model to see what Earth would look like peering through the warping effects of the sun’s gravity. By applying his algorithm to the observations, Madurowicz was able to recover the images of Earth and prove that his calculations were correct.

In order to capture an exoplanet image through the solar gravitational lens, a telescope would have to be placed at least 14 times farther away from the sun than Pluto, past the edge of our solar system, and further than humans have ever sent a spacecraft. But, the distance is a tiny fraction of the light-years between the sun and an exoplanet.

“By unbending the light bent by the sun, an image can be created far beyond that of an ordinary telescope,” Madurowicz said. “So, the scientific potential is an untapped mystery because it’s opening this new observing capability that doesn’t yet exist.”

Sights set beyond the solar system

Currently, to image an exoplanet at the resolution the scientists describe, we would need a telescope 20 times wider than the Earth. By using the sun’s gravity like a telescope, scientists can exploit this as a massive natural lens. A Hubble-sized telescope in combination with the solar gravitational lens would be sufficient to image exoplanets with enough power to capture fine details on the surface.

“The solar gravitational lens opens up an entirely new window for observation,” said Madurowicz. “This will allow investigation of the detailed dynamics of the planet atmospheres, as well as the distributions of clouds and surface features, which we have no way to investigate now.”

Madurowicz and Macintosh both say that it will be a minimum of 50 years before this technology could be deployed, likely longer. In order for this to be adopted, we will need faster spacecraft because, with current technology, it could take 100 years to travel to the lens. Using solar sails or the sun as a gravitational slingshot, the time could be as short as 20 or 40 years. Despite the timeline’s uncertainty, the possibility to see whether some exoplanets have continents or oceans, Macintosh said, drives them. The presence of either is a strong indicator that there may be life on a distant planet.

“This is one of the last steps in discovering whether there’s life on other planets,” Macintosh said. “By taking a picture of another planet, you could look at it and possibly see green swatches that are forests and blue blotches that are oceans – with that, it would be hard to argue that it doesn’t have life.”

Reference: “Integral Field Spectroscopy with the Solar Gravitational Lens” by Alexander Madurowicz and Bruce Macintosh, 2 May 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac5e9d

Macintosh is also a member of Stanford Bio-X. The research was sponsored by the NASA grant NNX15AD95G, which relies on the Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) coordination network.

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Cancelado el lanzamiento final del cohete Delta IV Heavy justo antes del despegue

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Cancelado el lanzamiento final del cohete Delta IV Heavy justo antes del despegue

ACTUALIZACIÓN: El lanzamiento del cohete Delta IV Heavy se pospuso hasta el viernes 29 de marzo a la 1:37 p. m. EDT, debido a un problema con el gasoducto de nitrógeno. Live Science transmitirá en vivo el próximo intento de lanzamiento en ese momento. aquí está declaración completa publicado por United Launch Alliance:

«El lanzamiento de un United Launch Alliance Delta IV Heavy que transportaba la misión NROL-70 para la Oficina Nacional de Reconocimiento fue cancelado debido a un problema con el gasoducto de nitrógeno que proporciona presión neumática a los sistemas del vehículo de lanzamiento. El equipo ha iniciado operaciones para asegurar El lanzamiento está programado para el viernes 29 de marzo a la 1:37 p.m.EDT.

El último cohete Delta de United Launch Alliance (ULA) está programado para lanzarse mañana (29 de marzo) a las 13:37 ET (17:37 GMT) en una misión clasificada para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de los Estados Unidos, y Puedes verlo en vivo aquí.

El lanzamiento pondrá fin a 64 años de la flota de cohetes Delta, diseñados para transportar grandes cargas útiles al espacio. El cohete pesado Delta IV, que es el decimosexto de su tipo lanzado desde 2004, transportará carga secreta durante su despegue final desde el Complejo de Lanzamiento Espacial-37 en la estación espacial de Cabo Cañaveral en Florida.

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

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Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

Colaboración EHT

El agujero negro en el centro de nuestra galaxia ha sido comparado con un donut, y resulta que ese donut tiene remolinos. Los científicos compartieron una nueva imagen fascinante el miércoles, que muestra a Sagitario A* con un detalle sin precedentes. La imagen de luz polarizada muestra la estructura del campo magnético del agujero negro en forma de una llamativa espiral.

«Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea», dijo Sara Issaoun, codirectora del proyecto y becaria Einstein en el programa de la Vía Láctea. Becas Hubble de la NASA. Centro Harvard y Smithsonian de Astrofísica, dijo en un declaración sobre la imagen.

La imagen captura lo que la colaboración del Event Horizon Telescope llama una «nueva vista del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea».

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La analogía del donut también se aplica a la distancia: debido a la distancia entre la Vía Láctea y la Tierra, mirarla desde nuestro planeta es como ver un donut en la superficie de la Luna.

Sagitario A*, también llamado a menudo Sgr A*, está aproximadamente a 27.000 años luz de la Tierra. La primera imagen del agujero negro supermasivo se publicó hace dos años y muestra gas brillante alrededor de un centro oscuro, y carece de los detalles de la nueva imagen.

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT


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S. Issaoun, Colaboración EHT

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT

Se sabe que los agujeros negros son «efectivamente invisibles», como se muestra La NASA dice. Pero afectan significativamente el espacio que los rodea, más obviamente al crear un disco de acreción: un remolino de gas y material que orbita una región central oscura.

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La primera imagen de un agujero negro se publicó en 2019, cuando el proyecto Event Horizon Telescope compartió una imagen del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), a unos 55 millones de años luz de la Tierra en el cúmulo de galaxias Virgo. . Aunque está más lejos, el agujero negro conocido como M87* es mucho más grande que Sagitario A*.

Cuando los investigadores compararon recientemente vistas de los dos agujeros negros en luz polarizada, quedaron sorprendidos por sus características comunes, siendo las más espectaculares estos remolinos.

«Además del hecho de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro M87*, mucho más grande y poderoso», dijo Issaoun, «hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son esenciales para cómo funcionan los agujeros negros». Los agujeros interactúan con el gas y la materia que los rodea”.

Las imágenes lado a lado de M87* y Sagitario A* revelan que los agujeros negros supermasivos tienen estructuras de campo magnético similares, lo que sugiere que los procesos físicos que gobiernan los agujeros negros supermasivos pueden ser universales.

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Desde un punto de vista práctico, los agujeros negros presentan una diferencia sorprendente: mientras que M87* tiene la habilidad de permanecer estable, nuestro Sgr A* «cambia tan rápidamente que no se queda quieto para tomar fotografías», dijeron los investigadores en su comunicado de prensa. .

En el momento en que se capturaron las observaciones de Sgr A*, la colaboración del EHT estaba utilizando ocho telescopios en todo el mundo, uniéndolos para crear un instrumento del tamaño de un planeta, aunque virtual. Los resultados de su trabajo fueron publicados el miércoles en Cartas de la revista astrofísica..

Se espera que la colaboración observe a Sgr A* nuevamente en abril.

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¿Cuándo ocurre el eclipse solar en Michigan? Encuentra tu código postal

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