O cercetătoare româncă a rescris ghidul de utilizare al unui telescop NASA: cum a descoperit o planetă „invizibilă” prin regula de aur a lui Einstein

Cercetătoarea de origine română a coordonat un studiu prin care s-a reușit o premieră în astrofizică: identificarea unei exoplanete îndepărtate cu ajutorul telescopului spațial TESS, folosind o metodă pentru care acest instrument nu fusese proiectat.

Descoperirea reprezintă o victorie a inteligenței asupra limitărilor tehnice. Într-un interviu acordat pentru Libertatea, Diana Dragomir a explicat mecanismul prin care a fost detectată această lume îndepărtată, provocările din spatele analizei de date și ce înseamnă această performanță pentru explorarea spațiului.

O descoperire neașteptată în datele telescopului TESS

Satelitul TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) a fost lansat de NASA cu un scop precis: să caute planete prin metoda tranzitului, adică să măsoare scăderea de luminozitate care are loc atunci când o planetă trece prin fața stelei sale. Această metodă este excelentă pentru a găsi corpuri cerești care orbitează foarte aproape de steaua-mamă.

Totuși, echipa de cercetare a demonstrat că datele satelitului ascund mult mai multe informații decât se credea inițial.

„Am descoperit o nouă exoplanetă cu telescopul TESS folosind o metodă pe care acest telescop nu a fost conceput să o folosească. Când am văzut acest lucru, mi-am dat seama că ar putea exista mult mai multe exoplanete care se ascund în datele TESS, pe care le-am putea găsi aplicând această metodă.”

Descoperirea nu a fost rezultatul unei coincidențe, ci al unei idei îndrăznețe venite din partea unei tinere cercetătoare din echipa sa, Mallory Harris.

„Studenta mea de la doctorat (acum cercetător postdoctorat) care a condus studiul, Mallory Harris, a făcut un stagiu la Caltech și a învățat acolo despre microlentila gravitațională.

Ea folosea deja datele TESS pentru a căuta planete în tranzit, așa că s-a gândit că poate ar putea fi detectate și planete prin „microlensing”. Am căutat evenimente văzute de telescopul Gaia și am găsit unul pe care TESS îl observase în același timp. Gaia nu a văzut semnalul planetei, dar TESS da”.

Ce este microlentila gravitațională și cum funcționează?

Spre deosebire de metoda clasică a tranzitului, noua abordare se bazează pe efectul de lentilă gravitațională, un fenomen prevăzut de teoria relativității generale.

„Se numește microlentilă gravitațională. Permite astronomilor să detecteze stele și planete de la care nu putem vedea nici o lumină în mod real, deoarece sunt prea îndepărtate. Cu toate acestea, gravitația lor poate curba lumina de la o stea mai îndepărtată, dar foarte strălucitoare. Pentru ca acest lucru să se întâmple, avem nevoie ca Pământul, sistemul planetar și steaua îndepărtată să formeze o linie dreaptă”.

Procesul funcționează ca o lupă cosmică temporară, dar cu caracteristici speciale.

„Când se întâmplă acest lucru, gravitația sistemului planetar mărește lumina de la steaua îndepărtată, ca o lentilă. Pentru că totul în galaxie este mereu în mișcare, în cele din urmă, această aliniere se rupe, iar strălucirea stelei îndepărtate revine la normal. Comparând strălucirea sa obișnuită cu strălucirea mărită (în timpul alinierii), putem afla lucruri despre sistemul planetar care îi curbează și îi mărește lumina.”

Această tehnică schimbă complet tipul de planete pe care le putem detecta în spațiul îndepărtat.

„Spre deosebire de metoda tranzitului, microlentila gravitațională este cel mai sensibilă la planete aflate în separații orbitale mari, care orbitează departe de steaua lor, la fel ca giganții gazoși din sistemul nostru solar. Este mult mai greu să detectezi planete care orbitează aproape de steaua lor cu această metodă, lucru la care metoda tranzitului excelează”.

O planetă izolată într-o zonă neexplorată a galaxiei

Din punct de vedere al structurii sale, planeta seamănă cu alte lumi identificate în trecut, însă poziția sa pe harta Căii Lactee oferă date valoroase pentru astronomi.

„Această planetă seamănă cu alte planete găsite anterior prin metoda microlentilei (nefolosind însă TESS). Ce este nou la ea este locul în care este localizată în galaxie. Majoritatea exoplanetelor găsite folosind microlentila gravitațională se află în Planul Galactic, între noi și centrul galaxiei.

Adesea sunt destul de aproape de centru. Acest nou sistem este situat tot în Planul Galactic, dar într-o regiune diferită. Ar putea fi începutul unor studii despre modul în care sistemele planetare pot diferi în funcție de locația lor în Planul Galactic”.

Bătălia cu pixelii: Cum a fost rezolvată problema datelor suprapuse

Traseul până la confirmarea descoperirii a implicat depășirea unor obstacole tehnice majore, cauzate de modul în care telescopul TESS captează imaginile.

„O provocare majoră este că rezoluția TESS este foarte slabă. Fiecare pixel este foarte mare, iar lumina mai multor stele se poate amesteca într-un singur pixel. Acest lucru a făcut dificilă separarea luminii stelei îndepărtate, din fundal, de posibila lumină a stelei în jurul căreia orbitează planeta și de lumina altor stele din apropiere. La rândul său, acest lucru face dificilă determinarea cu precizie a proprietăților sistemului planetar”.

Soluția a venit prin combinarea mai multor surse de date astronomice de la alte observatoare spațiale.

„Am depășit acest obstacol combinând datele de la Gaia și alte date de arhivă, ceea ce ne-a ajutat să înțelegem mai bine ce alte stele se aflau în apropiere și să ținem cont de ele în analiza noastră”.

Ce urmează după această descoperire?

Din cauza naturii temporare a alinierii gravitaționale, oportunitatea de a aduna date suplimentare despre acest sistem s-a încheiat, însă cercetătorii au deja planuri pentru etapele următoare.

„Din păcate, acest sistem este prea îndepărtat pentru studii ale atmosferei planetei. Deoarece alinierea descrisă mai sus s-a încheiat, nu putem obține date suplimentare despre acest sistem specific, ceea ce înseamnă că nu putem căuta nici planete suplimentare.

Cu toate acestea, am putea folosi JWST (Telescopul Spațial James Webb) pentru a observa efectiv steaua care găzduiește această planetă și pentru a-i determina mai precis masa. La rândul său, acest lucru ar oferi o masă actualizată pentru planetă”.

La nivel global, metoda promite să aducă un volum uriaș de date noi în anii care urmează.

„Această metodă de detectare a fost folosită pentru a găsi exoplanete în trecut, doar că nu cu telescopul TESS. Mergând mai departe, Telescopul Spațial Nancy Grace Roman, programat pentru lansare pe orbită în această vară, va observa centrul galactic și ne așteptăm să găsească mii de noi exoplanete folosind microlentila gravitațională. Acest studiu ne va permite să înțelegem mai bine exoplanetele aflate la separații orbitale mari într-un mod statistic și să le studiem frecvența și proprietățile”.

În comunitatea științifică, reacțiile nu au întârziat să apară.

„Cred că comunitatea este încântată să vadă dacă mai pot fi găsite și alte sisteme în datele TESS folosind metoda microlentilei!”, adaugă Diana Dragomir.

De la copilăria în România la o carieră în astrofizică

Parcursul personal al cercetătoarei arată cum curiozitatea din copilărie se poate transforma într-o carieră la vârf în știința spațială.

„Am părăsit România când aveam 11 ani. Mi-am făcut toate studiile universitare în Canada și ulterior pregătirea în SUA. Nu cred că știam că vreau să devin astronom, dar am fost, cu siguranță, curioasă în privința științei încă de la început. Mai târziu, în liceu, am început să mă îndrept spre astronomie”.

Alegerea domeniului exoplanetelor a fost influențată de posibilitatea de a îmbina mai multe discipline.

„În timpul facultății, am descoperit știința exoplanetelor și am gravitat către acest domeniu în mare parte pentru că am văzut o oportunitate de a învăța și de a folosi nu doar astronomia, ci și chimia, matematica, geologia și biologia. Iubesc toate științele, așa că acesta părea un domeniu ideal pentru cineva ca mine”.

Pentru tinerii din România care își doresc să urmeze o cale similară în domeniul științific, mesajul este unul încurajator.

„Dacă ești interesat de fizică sau astronomie, urmează-ți visul! Va trebui să muncești din greu și să fii în școală timp de un deceniu sau mai mult, dar merită dacă aceasta este pasiunea ta. Cu toate acestea, nu merită dacă nu te distrezi sau dacă nu găsești cercetarea interesantă.

Deși o diplomă în științe poate deschide uși în multe cariere, mediul academic rămâne un domeniu foarte competitiv. Așa că sfatul meu principal este să alegi un subiect de care ești pasionat, astfel încât să te poți bucura de studiile și pregătirea ta în STEM, indiferent unde te va duce viața mai târziu”, a concluzionat cercetătoarea.

Abonați-vă la ȘTIRILE ZILEI pentru a fi la curent cu cele mai noi informații.

ABONEAZĂ-TE