sábado, 12 de febrero de 2011

Jason Steffen, el físico de partículas que presta sus habilidades para la caza de planetas

Jason Steffen. Crédito: NASA.

Normalmente no pensamos en los físicos de alta energía trabajando con la NASA para encontrar planetas en los que los humanos podrían vivir. Trabajando sobre el Gran Colisionador de Hadrones o buscando energía oscura con telescopios, sí, pero ¿cazando planetas? No tanto.

Sin embargo, Jason Steffen, un astrofísico en el Fermilab, es un antiguo miembro de la Misión Kepler de la NASA y su único físico de partículas activo. Él ayudó a hacer posible los descubrimientos de la misión anunciados estos días de un sistema solar de seis planetas a 2000 años luz de distancia, con el primer planeta candidato a ser de tipo terrestre por su tamaño, y por eso el primer candidato que podría sostener la vida humana.

Es un pequeño paso para Steffen y sus colaboradores de Kepler y un paso gigante para los soñadores en todas partes.
"En una generación hemos pasado de planetas extraterrestres que eran los pilares de la ciencia ficción, hasta el presente, donde Kepler ha ayudado a convertir la ciencia ficción en la realidad de hoy", dice el administrador de la NASA Charles Bolden, al anunciar la publicación del informe.

El telescopio montado en la nave espacial Kepler, a 11 millones de kilómetros de la Tierra, explora el cielo para encontrar, por primera vez, planetas distantes del tamaño de la Tierra, capaces de sustentar la vida. Los telescopios no pueden detectar directamente planetas más pequeños que Júpiter, pero Kepler utiliza la luz de las estrellas para ver indirectamente planetas más pequeños. Los planetas que podrían sostener la vida caen en la "zona habitable", orbitando a la distancia adecuada de una estrella como nuestro sol para no ser ni demasiado caliente ni demasiado frío. A menudo, estos planetas en órbita cruzan cerca y delante de una estrella, el llamado "tránsito", haciéndolos visibles a través del parpadeo de la luz de la estrella. Al medir el cambio de brillo de la misma, cuando un planeta pasa frente a ella, así como el tiempo entre estos tránsitos, los científicos pueden saber el tamaño del planeta, la órbita y la temperatura estimada.

Ilustración artística de la nave espacial Kepler. Crédito: NASA / Misión Kepler / Stenzel Wendy.

Sin embargo, la proximidad a la estrella, que ayuda a Kepler a "ver" el planeta, también a menudo lo hace demasiado caliente para la vida. Los planetas más distantes fuera de la vista de Kepler tienen una mayor probabilidad de ser justo adecuados para mantener la vida. Kepler tiene dificultad para detectar estos planetas debido a que los ciclos de la órbita son más largos que los plazos de los datos puestos en libertad o porque estos no están en tránsito.

Ahí es donde entra en juego Steffen

"Somos sensibles a los planetas que Kepler no puede ver directamente", dice Steffen del equipo de análisis que dirige. "Ahí es donde se pone interesante."

El ayudó a desarrollar un método de búsqueda que puede detectar planetas distantes 600 veces más pequeños que Júpiter y fuera del alcance del telescopio de Kepler. El usa procedimientos matemáticos computadorizados llamados algoritmos, incluyendo muchos que son comunes a la física de partículas, para llegar a profundizar en el espacio en el área alrededor de un planeta que ve Kepler, para encontrar planetas a menudo en una zona fría más habitable.

Esto se hace mediante el estudio de la cantidad de tiempo que tarda un planeta en completar su órbita más allá de una estrella. Las desviaciones de un tiempo constante de órbita indican la presencia de un planeta invisible adicional cuya atracción gravitacional está cambiando la velocidad de la órbita del planeta observado. Esta técnica se utiliza para confirmar que las imágenes lejanas vistas por el telescopio de Kepler son planetas y no pares de estrellas binarias eclipsantes borrosa spara el telescopio por parecerse a un objeto del tamaño del planeta.

Steffen espera ver cientos de sistemas planetarios durante los tres años y medio de la misión. Al observar los patrones en los tiempos que toma a los planetas su tránsito, los científicos podrían completar algunos espacios en blanco sobre cómo los sistemas planetarios se forman con relación a su distancia del sol.

Alcance de la misión científica de Kepler. Crédito: NASA

Los descubrimientos anunciados ahora son parte de varios cientos de planetas candidatos identificados en los datos liberados de la nueva misión científica de Kepler. Los hallazgos aumentan el número de planetas candidatos identificados por Kepler hasta la fecha a 1235. De estos, 68 son aproximadamente del tamaño de la Tierra, 288 son del tamaño de super Ttierra, 662 son del tamaño de Neptuno, 165 son del tamaño de Júpiter, y 19 son más grandes que Júpiter. De los 54 nuevos candidatos a planetas que se encuentran en la zona habitable, cinco son del orden de tamaño de la Tierra. Los restantes 49 candidatos de la zona habitable están entre el tamaño de súper-Tierra -hasta dos veces el tamaño de la Tierra-, y más grandes que Júpiter.

Los resultados se basan en los resultados de observaciones realizadas entre el 12 de mayo y el 17 de septiembre de 2009, de más de 156.000 estrellas en el campo de visión de Kepler, que cubre aproximadamente 1/400 avo del cielo.

Con base en esta enorme muestra datos ".... Resulta que cerca del 20 por ciento de todas las estrellas están orbitadas por planetas, lo que significa que una fracción significativa de las estrellas en el cielo está orbitada por otros mundos," dice Tim Brown, co-investigador de Kepler y profesor de física en la Universidad de California en Santa Bárbara, en un comunicado de prensa.

Así como colaboradores Kepler buscar un planeta que sea justo adecuado para su habitabilidad, el grupo también necesita un conjunto adecuado de habilidades para ampliar el alcance de su búsqueda. Steffen pasó a ser una de las únicas personas en el mundo versadas en esa área de investigación debido a su trabajo de postgrado en las variaciones del tiempo de tránsito.

NASA lo tuvo en cuenta y pidió que se uniera a la misión Kepler como científico participante. Ccolaboradores provenientes de fuera del ámbito de la investigación normal de la NASA permiten al equipo ejecutar con mayor eficacia el programa de ciencia de la misión.

Steffen y su asesor de tesis Eric Agol, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Washington, perfeccionaron este método de seguimiento de las fluctuaciones en las órbitas de los planetas, lo que lo convierte en inesperadamente útil para la misión a corto plazo, tal como la caza de planetas de Kepler.

Los científicos habían seguido anteriormente las fluctuaciones de la órbita, pero siempre en la escala de tiempo de comparación de muchos miles de ciclos de la órbita en el transcurso de muchas décadas. El uso de pequeños conjuntos de datos tomados durante períodos más cortos de tiempo parecía inútil, ya que genera efectos muy pequeños, hasta que Steffen y Agol aparecieron en escena.

Al introducir un nuevo método de seguimiento, ellos redujeron el tiempo necesario para identificar a estos planetas, difíciles de encontrar, a un año con sólo una docena o dos de ciclos de la órbita. Matt Holman, un astrónomo del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica, también se había centrado en el mismo problema. Los dos se unieron para adaptar sus métodos de seguimiento, junto con la ayuda de colegas de todo el país, para la caza de exoplanetas de Kepler.

Este trabajo con exoplanetas no tiene aplicaciones directas a la física de alta energía u otros trabajos de Steffen en el Fermilab en los camaleones (los tres tipos conocidos de neutrinos —neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico— actúan como los camaleones, transformándose de un tipo a otro a medida que viajan), los axiones (partículas subatómicas cuya existencia ha sido postulada) y el ruido holográfico (cuya existencia no está confirmada). Sin embargo, la física de partículas usa muchos de los mismos algoritmos matemáticos en los experimentos y no se sabe si la técnica de Steffen no podría llegar a ser útil en ese campo en el futuro.

"Es justo decir que puedo canibalizar los componentes del algoritmo para futuros proyectos", dice Steffen.



Fuente:
Particle physicist lends skills to planet hunt por Tona Kunz para Symmetry Breaking

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