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Las tecnologías cuánticas pueden detectar exoplanetas

Las tecnologías cuánticas pueden detectar exoplanetas

Las tecnologías cuánticas pueden detectar directamente exoplanetas que hoy permanecen ocultos a los astrónomos: basta con procesar como objetos cuánticos las imágenes de estrellas y planetas obtenidas por los telescopios.

Los astrónomos han identificado casi 5.000 exoplanetas orbitando unas 3.200 estrellas que están fuera del sistema solar, pero sabemos que existen muchos más, aunque tenemos problemas técnicos para saber dónde están.

Estos problemas técnicos pueden resolverse si se aplican los resultados de una nueva investigación, desarrollada por astrónomos de Australia y el Reino Unido, según la cual los exoplanetas se pueden observar directamente mediante el uso de métodos cuánticos aplicados al análisis de imágenes de telescopios.

Hasta ahora, la mayoría de los exoplanetas se han observado indirectamente, midiendo la caída de la intensidad de la luz de las estrellas que orbitan, que se produce cuando pasan frente a sus respectivos soles.

También se han identificado midiendo el efecto que los exoplanetas provocan en la velocidad de la estrella que orbitan, conocida como velocidad radial.

Solo el 1,2% de los exoplanetas conocidos han podido ser observados directamente a través de la luz que reflejan, aunque debido a la presencia en su entorno de un potente sol, resulta difícil distinguirla de la luz de su estrella.

Tema relacionado: La Tierra está a la vista de exoplanetas

Imágenes cuánticas

Lo que ha demostrado la nueva investigación es que las técnicas de imágenes cuánticas se pueden utilizar para mejorar la detección directa de exoplanetas: basta con procesar como objetos cuánticos las imágenes de estrellas y planetas obtenidas por los telescopios.

La imagen cuántica es la que se obtiene codificando la información de una imagen mediante sistemas de mecánica cuántica, en lugar de sistemas clásicos de procesamiento de imágenes.

En las imágenes cuánticas, el procesamiento de información clásico es reemplazado por el cuántico, que se basa en el entrelazamiento de fotones (que comparten identidades separadas) y en el paralelismo (procesos computacionales simultáneos).

La nueva técnica, desarrollada por un equipo integrado por la profesora Zixin Huang, de la Universidad Macquarie en Australia, y por Cosmo Lupo, de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido, se vale de técnicas de procesamiento cuántico de imágenes para determinar el espaciamiento de fuentes de luz incoherentes que proceden de exoplanetas.

Dos estados posibles

En su modelo, la luz captada por un telescopio puede existir en dos estados posibles, similares a los de las partículas cuánticas: uno el de la luz la emitida por una estrella por sí sola, otro el de la luz emitida por un sistema estrella-planeta.

Ambos autores han demostrado que se pueden utilizar dos técnicas de imágenes cuánticas conocidas para determinar si el centro óptico de una imagen captada por telescopio corresponde al centro de una estrella, o al centro de un sistema estrella-planeta.

Señalan que la presencia del exoplaneta en ese sistema crea una firma distintiva en la distribución espacial de los fotones capturados por el telescopio, que puede ser reconocida en análisis posteriores realizados con sistemas cuánticos.

Los sistemas cuánticos válidos para la detección directa de exoplanetas se basan en la interferometría, que combina la luz procedente de diferentes emisores (en este caso de la estrella y del sistema estrella-planeta) para obtener una imagen de mayor resolución, que finalmente es descrita en términos geométricos (proyección ortogonal).

Factores clave

La revista PhysicsWorld añade al respecto que Huang y Lupo han podido determinar que la probabilidad de error al discriminar entre estos dos estados de la luz captada, depende de tres factores clave: la separación entre un planeta y su estrella; la diferencia de brillo entre los dos objetos; y el número de fotones recogidos por el telescopio.

Teniendo en cuenta estos factores, los astrónomos pueden detectar incluso los exoplanetas más tenues, los que se encuentran más cerca de sus estrellas anfitrionas, de una manera mucho más consistente que la que proporcionan los sistemas actuales.

Su fórmula permite identificar exoplanetas aunque su órbita no cruce la estrella cuando se ve desde la Tierra, que es lo que consiguen los sistemas actuales de detección indirecta, destacan los investigadores.

Un punto o dos en el cielo

La idea general que fundamenta este resultado es que las técnicas cuánticas utilizan la información de fase que está contenida en la señal óptica captada por los telescopios para localizar exoplanetas ocultos a los sistemas tradicionales de detección.

Dado que esta información no se explota adecuadamente mediante métodos de obtención de imágenes directas, las técnicas cuánticas podrían resultar más eficaces, señala al respecto PhysOrg.

«La detección de exoplanetas se reduce a si podemos distinguir entre un punto y dos puntos en el cielo», explica Huang a la citada revista.

Referencia

Quantum Hypothesis Testing for Exoplanet Detection. Zixin Huang and Cosmo Lupo. Phys. Rev. Lett. 127, 130502; 23 September 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.130502

Foto superior: el exoplaneta Kepler-186f, situado a 492,3 años luz de la Tierra, habita una región alrededor de la estrella anfitriona en la que la temperatura es adecuada para el agua líquida. Tiene un tamaño muy parecido al de la Tierra. Créditos: NASA Ames / SETI Institute / JPL-Caltech.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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