L'immagine che otteniamo appare davvero come una grande striscia bianca e nera, ma questo è il nostro arcobaleno a infrarossi. Crediti:Lustig-Yaeger, May e Mayorga
Nel 1610 Galileo Galilei scrutò attraverso un telescopio e osservò:"Ho visto Giove accompagnato da tre stelle fisse, totalmente invisibili per la loro piccolezza. I pianeti si vedono molto rotondi, come piccole lune piene". In effetti, ciò che vide con i suoi occhi, ingranditi dal suo primo telescopio, erano le lune più grandi del pianeta più grande del nostro sistema solare, Giove. Galileo alla fine identificò Europa, Callisto, Io e Ganimede, e ora sono talvolta conosciuti come i satelliti "galilei" di Giove.
Oggi il telescopio di Galileo sembrerebbe rudimentale accanto agli strumenti molto più grandi e potenti che usano gli astronomi. Di recente, il telescopio spaziale più potente mai costruito e lanciato dall'umanità ha rilasciato al pubblico le sue prime immagini.
Per chiunque sia interessato all'astronomia e all'astrobiologia, cosa significa una missione come il telescopio spaziale Webb? Il telescopio Webb non è progettato per cercare la vita, ma potrebbe svelare importanti informazioni sull'abitabilità degli esopianeti e quindi sul potenziale di vita al di là del nostro sistema solare. Ma cosa comporta per gli scienziati oggi 'guardare' attraverso un telescopio come Webb? Jacob Lustig-Yaeger, Erin May e Laura Mayorga, tre scienziati all'inizio della carriera del Johns Hopkins Applied Physics Lab, aiutano a spiegare com'è la vita come astronomo oggi.
Che aspetto hanno i dati di un telescopio spaziale come Webb per un astrobiologo?
Il telescopio ha molte modalità operative che gli astronomi utilizzeranno per diverse indagini astronomiche. Alcune delle modalità sono immagini che cattureranno dettagli straordinari di vari oggetti, simili alle galassie e alle nebulose osservate dal telescopio spaziale Hubble. Ma per gli astronomi che studiano esopianeti in altri sistemi planetari (noti come esopianeti), siamo particolarmente interessati alle capacità spettroscopiche della missione.
Quando osserviamo gli esopianeti, in genere cerchiamo un calo di luce quando il pianeta attraversa davanti alla stella, e questo calo cambia dimensione a seconda del colore della luce. Crediti:Lustig-Yaeger, May e Mayorga
Hai mai visto un arcobaleno danzare sul tuo muro a causa della luce che brilla attraverso la tua finestra? Questo è uno spettro! Uno spettro è un modo per suddividere la luce in tutti i colori di cui è composta in modo da poterla studiare meglio. L'arcobaleno colorato con cui abbiamo più familiarità è ciò che accade quando spezzi la luce del sole, che è visibile ai tuoi occhi. Ma la luce è anche composta da molti più "colori" di quelli che i nostri occhi possono vedere. Questo telescopio cerca "arcobaleni" di luce infrarossa, che è solo calore, il tipo di luce che fa sentire caldo il Sole o una fornace calda.
Il telescopio non è la tipica fotocamera, però:le sue fotocamere sono composte da pixel che sono una specie di mucchio di secchi disposti in una griglia, come una vaschetta del ghiaccio. Dopo che gli strumenti hanno suddiviso la luce in quell'arcobaleno a infrarossi, ogni secchio inizia a riempirsi con un colore specifico di luce. Ogni secchio conta la quantità di luce che vi entra finché non si riempie, oppure diciamo al telescopio di smettere di raccogliere luce.
In realtà, i dati effettivi sono solo un mucchio di numeri che ci dicono quanta luce il telescopio ha osservato nei colori specifici che volevamo raccogliere. L '"immagine" che otteniamo appare davvero come una grande striscia bianca e nera, ma questo è il nostro arcobaleno a infrarossi! Per gli esopianeti, spesso scattiamo molte di queste immagini, una dopo l'altra, per vedere come cambiano quei colori nel tempo quando l'esopianeta attraversa davanti o dietro la sua stella.
Man mano che i dati vengono raccolti, che aspetto avrà il lavoro per gli astronomi giorno dopo giorno negli anni a venire?
In breve, oggigiorno gli astronomi sono data scientist che analizzano i dati dei telescopi e sviluppano ed eseguono simulazioni dei processi astrofisici che hanno luogo in tutti i diversi angoli dell'universo. La maggior parte degli astronomi usa il linguaggio di programmazione Python per il lavoro quotidiano, in particolare gli scienziati all'inizio della carriera. Per gli astronomi di esopianeti, la maggior parte dei nostri strumenti sono pacchetti software personalizzati progettati specificamente per l'analisi e la modellazione dei dati di esopianeti, a volte anche personalizzati per il telescopio specifico che stiamo utilizzando o adattati al tipo di esopianeta che stiamo studiando.
Successivamente, gli astronomi analizzano lo spettro dell'esopianeta utilizzando modelli computerizzati per capire come le caratteristiche uniche dell'atmosfera dell'esopianeta abbiano dato origine a ciò che il telescopio ha osservato. Crediti:Lustig-Yaeger, May e Mayorga
Poiché il telescopio raccoglierà dati sugli esopianeti nei prossimi anni, gli astronomi procederanno attraverso molti passaggi per tradurre i dati grezzi del telescopio in nuove conoscenze sugli esopianeti e sulla natura delle loro atmosfere. Come accennato in precedenza, i dati iniziano come una serie di singole immagini dell'arcobaleno infrarosso, ciascuna presa una dopo l'altra mentre un esopianeta attraversa davanti o dietro la sua stella. Ma la quantità di luce che ogni secchio conta comporta anche molto rumore. Pensa a questo come cercare di fare un selfie al buio:l'immagine risulta un po' sgranata. Questo perché è pieno di rumore e pochissima luce! Gli astronomi osservativi trascorrono molto tempo cercando di trovare tutte le fonti di rumore e inventando modi intelligenti per rimuoverlo utilizzando strumenti software per computer personalizzati. Dopo aver rimosso il rumore da ogni immagine dell'arcobaleno a infrarossi, possiamo creare quella che chiamiamo una curva di luce, un modo per mostrare come ogni colore della luce cambia nel tempo.
Quando osserviamo gli esopianeti, in genere cerchiamo un calo di luce quando il pianeta incrocia davanti alla stella, e questo calo cambia dimensione a seconda del colore della luce. Quando quel pianeta incrocia davanti alla stella, della luce stellare passa attraverso l'atmosfera del pianeta e interagisce con i gas e le molecole di cui è composto. Possiamo usare le informazioni sulle dimensioni di quel calo per dirci cosa c'è nell'atmosfera del pianeta.
Successivamente, gli astronomi analizzano lo spettro dell'esopianeta utilizzando modelli computerizzati per capire come le caratteristiche uniche dell'atmosfera dell'esopianeta abbiano dato origine a ciò che il telescopio ha osservato. Da decenni di misurazioni di laboratorio qui sulla Terra, sappiamo esattamente come le singole molecole interagiscono con la luce e che ogni molecola possiede la propria impronta spettrale unica. Cioè, ogni molecola interagisce con la luce in modo leggermente diverso, e questo ci permette di riconoscerle nelle nostre osservazioni. Utilizzando questi principi, gli astronomi eseguono simulazioni al computer di milioni di diverse possibili atmosfere che contengono diverse miscele di gas per identificare quale cocktail di molecole offre il miglior accordo con lo spettro misurato dal telescopio.
Naturalmente, dopo che tutta l'analisi è completa, gli astronomi non hanno ancora finito. Come ogni buona impresa scientifica, i passaggi finali sono scrivere tutti i risultati in un manoscritto che può essere sottoposto a revisione paritaria, pubblicato in una rivista accademica e condiviso in tutto il mondo. + Esplora ulteriormente
