Los científicos han propuesto un nuevo enfoque en la búsqueda de vida fuera de la Tierra, destacando la importancia de la “astrofotónica”. Este campo emergente utiliza tecnologías fotónicas en instrumentos astronómicos con el fin de lograr observaciones sin precedentes en el espacio. La fotónica se concentra en la aplicación práctica de fotones, las partículas de luz, en la ciencia y la tecnología, y cuando se integra con la astronomía, puede revelar información oculta en la luz capturada del espacio y facilitar la creación de instrumentos más compactos y efectivos para misiones espaciales, entre otros beneficios.
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La astrofotónica ya está transformando nuestra comprensión de los exoplanetas, planetas que orbitan estrellas distintas al Sol. Además, se espera que juegue un papel fundamental en la búsqueda de vida extraterrestre más allá de nuestro planeta. Este enfoque ha sido destacado en un estudio reciente dirigido por Nem Jovanovic, un experto en astrofotónica de Caltech, que subraya la importancia de incorporar la fotónica y sus microcomponentes en la astronomía, a pesar de los desafíos que presenta debido a las estrictas demandas de la astronomía en términos de precisión y sensibilidad.
“Como tengo experiencia en fotónica, siempre he estado buscando formas de llevar la fotónica y estos microcomponentes con funcionalidades realmente interesantes a la astronomía”, dijo Jovanovic a Motherboard en una llamada. “No es trivial. Es bastante complicado porque los requisitos astronómicos son extremadamente exigentes”.
“Sin embargo, hay una comunidad reducida de individuos que se dedican tanto a la fotónica como a la astronomía, y esta comunidad está en constante crecimiento con el tiempo”, afirmó. “La tecnología continúa avanzando y comprendemos que puede desempeñar un papel único tanto en la astronomía en general como en la investigación de exoplanetas en particular”.
De hecho, ya se han implementado diversas tecnologías astrofotónicass en observatorios que tienen la capacidad de detectar exoplanetas y, en algunos casos, caracterizar algunas de sus propiedades. Por ejemplo, Jovanovic y sus colegas mencionan la creciente utilización de “peines de frecuencia láser”, un sistema fotónico capaz de identificar los sutiles cambios en la velocidad de una estrella causados por la influencia gravitatoria de un planeta cercano. Otro ejemplo es el instrumento de gravedad en el Observatorio Europeo Austral, ubicado en el Very Large Telescope de Chile, que logra una alta resolución en la observación de diversos fenómenos espaciales, incluyendo los exoplanetas, al combinar la luz de cuatro telescopios de 8 metros mediante un interferómetro fotónico.
A pesar de que algunas tecnologías astrofotónicas están avanzando rápidamente, los expertos han identificado varias áreas en este campo que requieren más atención y recursos. Estos aspectos se han compilado en una extensa hoja de ruta, liderada por Jovanovic, y publicada en la revista JPhys Photonics. En la actualidad, los investigadores están explorando cómo resolver los desafíos de escalabilidad y cómo integrar dispositivos fotónicos complejos en instrumentos astronómicos, en lo que Jovanovic denomina “hibridación”.
Jovanovic destacó: “Cada tecnología fotónica puede aportar alguna funcionalidad y ciertas ventajas y beneficios, pero no está claro que exista una tecnología fotónica que pueda ofrecer todas estas capacidades de manera simultánea. Lo que se debe hacer es utilizar materiales y procesos de fabricación diversos (como fibras ópticas de silicio y fotónica de nitruro de silicio, entre otros) y encontrar formas eficientes de conectarlos cada vez que haya una interfaz entre ellos para canalizar la luz de manera efectiva”.
Jovanovic continuó señalando que la combinación de diferentes tecnologías sigue siendo ineficiente en la actualidad, aunque está mejorando. Está claro que la eficiencia es fundamental en astronomía, ya que cada fotón es valioso. Jovanovic espera que en la próxima década se realicen avances significativos en este aspecto gracias a la industria, lo que beneficiaría a la comunidad astronómica.
Aunque la hoja de ruta anterior ofrece una visión general del campo, el nuevo estudio en arXiv se centra específicamente en las tecnologías astrofotónicas relevantes para la búsqueda de vida extraterrestre. Esto incluye espectrógrafos, que descomponen la luz en sus componentes prismáticos, así como dispositivos de “anulación fotónica” que bloquean el brillo de las estrellas para permitir el estudio del resplandor reflejado de los exoplanetas. Además, la fotónica podría contribuir a reducir el tamaño de los instrumentos astronómicos utilizados en naves espaciales, lo que podría hacer que las misiones científicas sean mucho más eficaces.
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El equipo se centró en técnicas que podrían ser valiosas para el Observatorio de Mundos Habitables, una misión conceptual importante que busca detectar mundos similares a la Tierra orbitando estrellas similares al Sol. Además de la detección de estos mundos, el equipo de Jovanovic está explorando cómo la fotónica podría ayudar a identificar signos de vida en ellos.
Jovanovic expresó su deseo de ver un espectrógrafo fotónico con el rendimiento necesario para varios proyectos astronómicos, incluido el Observatorio de Mundos Habitables, dentro de una década, de modo que pueda ser una carga útil factible en esa misión. Esto es un objetivo en el que están trabajando activamente en Caltech, junto con otros proyectos relacionados.