Utilizando la física cuántica en la búsqueda de una "Tierra 2.0"
La física cuántica —la física que estudia las partículas más pequeñas— no es precisamente lo primero que se nos viene a la mente al buscar planetas enteros que orbitan estrellas distantes. Sin embargo, un estudio sobre un nuevo enfoque teórico propone precisamente eso, uno que incluso podría generar imágenes directas de exoplanetas del tamaño de la Tierra o similares a ella.
por Andreas Müller
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Imagen simbólica: Exoplaneta similar a la Tierra (ilustración). Fuente: grenzwissenschaft-aktuell.de |
El principal problema hasta ahora con la observación directa de exoplanetas similares a la Tierra es que la mayoría de estos mundos son extremadamente débiles en comparación con su estrella central y quedan casi completamente eclipsados por su brillo.
La observación directa de un exoplaneta suele compararse con intentar detectar una luciérnaga junto a un potente reflector. Los planetas similares a la Tierra suelen ser entre 100 millones y 10 mil millones de veces más tenues que su estrella anfitriona. Además, existe otro obstáculo físico: cuando dos fuentes de luz están muy cerca, sus señales luminosas se fusionan en una única mancha de luz por debajo del llamado límite de Rayleigh. En el caso de una estrella y un exoplaneta cercano, la luz del planeta queda casi completamente oculta por la luz estelar. Los detectores convencionales pueden registrar fotones individuales, pero no pueden determinar si estos provienen de la estrella o del planeta.
La física cuántica proporciona información adicional
En su artículo, publicado recientemente
en ArXiv.org antes de su impresión, el equipo liderado por Hyunsoo Choi de la Universidad de Hanyang describe un nuevo método teórico. Este método combina la física cuántica con algoritmos informáticos inteligentes y, por lo tanto, podría mejorar significativamente, si no revolucionar, la búsqueda de una "Tierra 2.0" en el futuro.
Este nuevo enfoque pretende utilizar una propiedad de la física cuántica para la búsqueda de exoplanetas similares a la Tierra: los fotones transportan información no solo sobre su brillo o energía, sino también sobre su forma de onda.
Mediante las denominadas mediciones de modo espacial, los fotones se clasifican primero según sus patrones de onda antes de que lleguen al detector. Esto permite obtener información adicional que permanece oculta para las cámaras convencionales.
El algoritmo inteligente optimiza la medición
Para que este método sea práctico, los científicos desarrollaron un ciclo de retroalimentación continua entre la clasificación de fotones y el análisis de imágenes: primero, el algoritmo trabaja con una escala logarítmica para procesar las enormes diferencias de brillo entre la estrella y el planeta. Mientras el programa reconstruye gradualmente cuántos objetos podrían existir en el sistema estelar observado, calcula continuamente una denominada "derivada logarítmica simétrica". Esta información ajusta el clasificador de fotones para preservar la mayor cantidad posible de información cuántica.
Otro componente importante es el uso del Criterio de Información Bayesiano. En lugar de especificar al programa cuántos planetas buscar, el propio algoritmo decide, basándose en criterios estadísticos, qué número de objetos explica mejor los datos de observación.
Pruebas exitosas en simulaciones por computadora
Los investigadores pusieron a prueba su método en una simulación de un sistema estelar con una estrella y dos planetas. Uno de los planetas era solo 10 000 veces más tenue que su estrella, mientras que el segundo era 100 millones de veces más tenue. Ambos se encontraban dentro del límite de Rayleigh y habrían sido prácticamente imposibles de resolver con los métodos clásicos.
En numerosas simulaciones de Monte Carlo, el algoritmo identificó correctamente el número de cuerpos celestes en el 72,5 % de los casos. Si el número de objetos se determinaba correctamente, el sistema podía localizar la posición de los planetas con una precisión de un píxel. El brillo del planeta extremadamente tenue se estimó con una precisión de un factor de dos en el 99,7 % de las simulaciones exitosas.
Para reproducir mejor las condiciones de las observaciones reales, los científicos también introdujeron perturbaciones artificiales en su simulación, como una alineación intencionadamente deficiente del telescopio virtual.
A pesar de estas fuentes adicionales de error, el rendimiento del sistema se mantuvo prácticamente inalterado. La tasa de éxito en la determinación del número de objetos solo disminuyó ligeramente hasta el 71,3 por ciento.
Sin embargo, los autores señalan que los telescopios reales presentan numerosas fuentes de interferencia cuya influencia aún no se ha investigado. Por lo tanto, todavía es necesario demostrar la robustez del algoritmo en condiciones de observación reales.
Potencial para la búsqueda de una “Tierra 2.0”
Se trata aún de un enfoque puramente teórico, que hasta ahora solo se ha probado mediante simulaciones por ordenador. No obstante, los autores lo consideran un avance significativo para el desarrollo de técnicas de imagen basadas en la mecánica cuántica.
Según sus cálculos, el nuevo método podría detectar en el futuro planetas hasta 100 millones de veces más débiles que su estrella central. Esto supondría una mejora significativa con respecto a los sistemas actuales de imágenes ópticas cuánticas, que actualmente solo pueden manejar contrastes de brillo de aproximadamente 1 a 1000.
Si este concepto resulta exitoso en condiciones de observación reales en el futuro, podría facilitar significativamente la detección directa de exoplanetas similares a la Tierra, particularmente débiles, abriendo así nuevas posibilidades en la búsqueda de mundos potencialmente habitables.
Modificado por orbitaceromendoza
