La NASA detecta patrones climáticos recurrentes en mundos lejanos con el James Webb

A veinte años luz de la Tierra, en un objeto llamado SIMP 0136, los astrónomos de la NASA acaban de detectar algo que parecía imposible hace apenas unos años: patrones climáticos que se repiten. No se trata de un exoplaneta en el sentido tradicional, sino de una enana marrón, un cuerpo celeste que ocupa un territorio intermedio entre planeta y estrella, demasiado masivo para ser lo primero pero sin la suficiente masa para encender la fusión nuclear que alimenta a las estrellas. Esa posición particular lo convierte en un laboratorio perfecto. Los astrónomos pueden observarlo directamente, sin depender de la tenue señal que llega desde un planeta perdido en el brillo de su estrella anfitriona.

El Telescopio Espacial James Webb, que observa el universo en infrarrojo, registró cambios minúsculos en el brillo de SIMP 0136 mientras el objeto rotaba. Cada variación funcionó como una pista sobre una región distinta de su atmósfera. El equipo de investigadores, encabezado por Merle Schrader, candidata a doctora en el Trinity College de Dublín, utilizó un método llamado análisis de componentes principales para reducir un conjunto complejo de mediciones a un número limitado de patrones que explicaban la mayor parte de los cambios observados. Lo que encontraron fue sorprendente: tres estados atmosféricos que reaparecían una y otra vez. Algunas zonas presentaban temperaturas más altas y nubes finas. Otras regiones mostraban temperaturas inferiores y capas de nubes más densas que se extendían hacia las zonas elevadas de la atmósfera. La luz capturada por el telescopio cambiaba cuando una de esas áreas entraba o salía del campo de visión, exactamente como una fotografía de la Tierra desde el espacio revelaría el paso de sistemas nubosos sobre continentes y océanos.

Lo crucial no fue simplemente documentar esos cambios, sino distinguir entre los detalles que varían constantemente y las reglas que gobiernan esa variación. Una atmósfera puede modificar su aspecto de una hora a otra y, aun así, obedecer mecanismos persistentes. En la Tierra, las nubes se desplazan y se disuelven, pero la energía solar, la rotación planetaria, los océanos y la dinámica del aire sostienen un marco físico reconocible. En SIMP 0136, los investigadores encontraron indicios de una regularidad comparable. Schrader declaró que los factores que influyen en los patrones meteorológicos de SIMP 0136 persisten en el tiempo, incluso a medida que la apariencia detallada de la atmósfera evoluciona a lo largo de más de una docena de rotaciones. Esa afirmación marca una diferencia importante entre describir un paisaje atmosférico y comenzar a entender su funcionamiento. Un registro aislado puede mostrar nubes o contrastes de temperatura, pero una secuencia de observaciones permite establecer si esas condiciones responden a procesos repetibles.

El método también ofrece una ventaja práctica inmediata. Los modelos climáticos detallados demandan enormes recursos informáticos porque deben calcular interacciones entre radiación, química, nubes y flujos de energía. El análisis de los cambios de brillo permite seleccionar primero los elementos que explican la mayor parte de la variabilidad. Con esa información, los modelos pueden concentrarse en los procesos más relevantes. Johanna Vos, coautora del estudio y profesora asociada del Trinity College de Dublín, señaló que aplicar esta técnica a una amplia gama de enanas marrones y exoplanetas gigantes ayudará a comprender mejor los diversos sistemas meteorológicos que dan forma a mundos mucho más allá del Sistema Solar.

Mientras el Webb estudia la dinámica de atmósferas accesibles mediante infrarrojo, otro telescopio espacial está a punto de ampliar radicalmente lo que los astrónomos pueden observar directamente. El Nancy Grace Roman, lanzado el 30 de agosto desde el Centro Espacial Kennedy a bordo de un cohete SpaceX Falcon Heavy, se dirige al punto de Lagrange L2, a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, con llegada prevista para principios de diciembre. Roman incorporará un instrumento coronográfico conocido como CGI, diseñado para resolver uno de los obstáculos más fundamentales de la astronomía: la dificultad de ver un planeta junto a su estrella. La luz de una estrella puede superar por un margen enorme el débil resplandor que refleja un planeta cercano. Por ese motivo, las imágenes directas de exoplanetas suelen concentrarse en gigantes jóvenes, calientes y muy alejados de sus astros. Los planetas más fríos, más antiguos o con órbitas cercanas resultan mucho más difíciles de detectar.

El CGI pondrá a prueba una solución basada en dos recursos complementarios. Un coronógrafo usa máscaras que bloquean la luz de una estrella. Un sistema de control activo del frente de onda corrige imperfecciones minúsculas de la óptica que de otro modo dispersan luz estelar y contaminan la imagen. El instrumento incluye dos espejos deformables, cada uno con más de 1.600 actuadores que alteran su forma de manera casi imperceptible para compensar defectos ópticos y conservar el alineamiento del sistema. Oliver Krause, jefe del Grupo de Investigación de Astronomía Espacial Infrarroja del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, lo describe como el dispositivo técnicamente más sofisticado para observaciones ópticas que se haya utilizado jamás en el espacio para investigación científica. El objetivo es detectar la señal de un planeta al lado de una estrella hasta mil millones de veces más luminosa, una diferencia comparable con el contraste entre Júpiter y el Sol. Si alcanza ese rendimiento, Roman superaría hasta mil veces las capacidades actuales de observación directa.

La precisión necesaria resulta extrema. Los Mecanismos de Alineación de Precisión no pueden inclinarse más de 40 milisegundos de arco durante ocho horas de funcionamiento. Según la comparación planteada por el equipo, esa estabilidad equivale al tamaño aparente de una persona de pie en Los Ángeles vista desde Heidelberg. La misión principal de Roman tendrá una duración prevista de cinco años, con posibilidad de otros cinco adicionales. La NASA estima que el ahorro de combustible asociado con la precisión del lanzamiento puede extender su vida científica potencial hasta al menos 22 años. El instrumento ya superó verificaciones iniciales de software, cámaras, mecanismos y controles térmicos, y ahora atraviesa meses de calibración y pruebas antes de iniciar sus operaciones científicas. Las primeras imágenes científicas de Roman están previstas para comienzos de 2027. Si el CGI cumple sus objetivos, su tecnología podría servir de base para futuros observatorios, entre ellos el propuesto Observatorio de Mundos Habitables, que buscaría imágenes directas de planetas comparables con la Tierra alrededor de otras estrellas.