Cómo ver las exoplanetas?

Apagar las estrellas para detectar la vida

La búsqueda de planetas extrasolares es un verdadero desafío para la humanidad, la pregunta subyacente de que los científicos están tratando de responder es "¿Estamos solos en el Universo?".
Ya en el siglo 16, Giordano Bruno (1548-1600), tras las huellas de Copérnico desafía de manera visionaria el marco antropocéntrica (geocéntrica), de los humanos (ver nota).
Desde el primer descubrimiento de planetas extrasolares en 1995 (51 Pegasi b), un gran número de proyectos espaciales como HARPS (2003), CoRoT (2006), Kepler (2009), JWST (2018) hasta Darwin (2020) tienen obtenido una financiación.
Hasta 2020, los métodos utilizados para encontrar exoplanetas, son métodos indirectos (efecto de tránsito, efecto sobre la velocidad radial, efecto de microlente...), lo que vale decir que los exoplanetas se detectan sólo mediante los efectos que causan en su estrella. Pero a partir de 2020 con DARWIN, toda la humanidad verá un planeta extrasolar directamente y quizás una exotierra.
En 2011, la NASA ha confirmado el descubrimiento del primer planeta extrasolar (2,4 masas terrestres) en la "zona habitable" de su estrella, una región donde podría existir agua líquida en la superficie de un planeta.
Pero ver la luz reflejada por un planeta no tiene ningún interés particular, si no, ver el movimiento en su órbita, que es mucho más interesante es analizar la composición de su atmósfera.
El objetivo principal del proyecto espacial DARWIN es analizar el espectro de la luz de la atmósfera de un planeta alrededor de unas pocas masas terrestres. En otras palabras, es posible detectar la presencia de compuestos químicos tales como dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), ozono (O3), oxígeno (O2) u otro conjunto iónica y por qué no los compuestos orgánicos basados ​​en un esqueleto carbonado. El CO2 en grandes cantidades y el agua sería la huella de la actividad fotosintética.
El oxígeno tiene una característica específica, este átomo agresiva no puede permanecer en una envoltura gaseosa alrededor de un planeta ya que se une muy fácilmente con las rocas y los metales, para hacer óxidos. Si hay oxígeno en cantidad en torno a un planeta significa que los fenómenos bióticos existen. Estos fenómenos bióticos revelan la presencia de VIDA. No existe ningún mecanismo físico o químico que explica la abundancia de oxígeno fuera de los mecanismos bioquímicos.

Si toda la biomasa de la Tierra desapareció, entonces el oxígeno desaparecería también, en sólo unos pocos millones de años.
Cada átomo, cada ion, e incluso cada molécula tiene una firma espectral característica (un conjunto de líneas en el espectro electromagnético).
Las especies químicas se detectaron principalmente en la banda del espectro infrarrojo (9,7 µm para la capa de ozono, de 8 µm para agua, 7,6 µm para el metano). Esta firma se utiliza para detectar la presencia y concentración de un compuesto químico en el medio atravesado por la radiación entre la fuente y la detección por el instrumento espectroscópico.
Pero para ver la atmósfera de un planeta debe ser "apagar su estrella". La misión DARWIN fue diseñado para esto, apagar las estrellas. Su instrumento es llamado coronógrafo interferométrico, que se oculta la luz de las estrellas gracias a un sistema óptico ingenioso que pone en oposición de fase varios rayos de luz correlacionados que llegan de varios telescopios. En otras palabras, si dos telescopios observan la misma estrella, los dos reciben la misma onda electromagnética, si se lleva la señal en el foco de un dispositivo que desplaza la segunda longitud de onda de un semi-longitud de onda, la adición de los dos fuentes de luz de la estrella es igual a cero. Así se ha apagado la luz de la estrella.
Cualquier luz que no está perfectamente alineada con los telescopios no se extinguirá por el contrario, se suman, eso es exactamente lo que quieren los científicos de la misión, que quieren ver el mundo sin ser deslumbrados por la estrella cercana. La luz del planeta está fuera de sintonía con el de la estrella, por lo que no se ha extinguido. El uso de múltiples telescopios combinados proporciona una alta resolución angular que depende de la distancia entre los telescopios. La pequeña flotilla de telescopios se colocará en el punto de Lagrange L2, a la sombra de la Tierra, lejos de la luz solar directa.

N.B.: « Las estrellas son soles como el nuestro y hay una multitud de soles libremente suspendidos en el espacio sin límite, rodeados de planetas como la Tierra, habitado por seres vivos... El sol es sólo una estrella entre otros, particular porque está muy cerca de nosotros. El sol no tiene una posición central en el infinito sin fronteras. »
Giordano Bruno (1548-1600), filósofo, teólogo y científico acusado de ateísmo y de herejía por la Inquisición, y ejecutado 17 de febrero 1600 en Roma.

Imagen: Un transito (micro-eclipse periódica) se produce cada vez que el planeta pasa entre la estrella y el observador, en ese momento, el planeta oscurece algo de la luz de la estrella, produciendo un oscurecimiento periódico detectable. Esta idea notable se utiliza para detectar el planeta y directamente determinar su tamaño y su órbita. El diámetro de Júpiter es 10 veces más pequeño que el del Sol, Júpiter, masca así 1 % de la luminosidad del Sol a su paso, porun observador distante. La Tierra es 100 veces más pequeña que el Sol, por lo tanto, masca 1/10000 de su luminosidad, es 0,01 % a medida que pasa entre el Sol y el observador. Pero lo que vemos es una disminución del brillo de la señal y no el planeta. Con Darwin veremos el planeta, o más bien, su atmósfera que refleja la luz de su estrella extinguida por un coronógrafo interferométrico. Cualquier luz que está perfectamente alineado con los telescopios (la de la estrella) será apagada y por lo que el planeta puede ser visto sin ser deslumbrados por la estrella cercana.