El telescopio espacial CHEOPS está listo para la operación científica

CHEOPS es una misión conjunta de la Agencia Espacial Europea (ESA) y Suiza, bajo el liderazgo de la Universidad de Berna en colaboración con la Universidad de Ginebra (UNIGE). Después de casi tres meses de extensas pruebas, con parte de ella en medio del cierre para contener el coronavirus, el miércoles 25 de marzo de 2020, la ESA declaró que el telescopio espacial CHEOPS estaba listo para la ciencia. Con este logro, la ESA ha transferido la responsabilidad de operar CHEOPS al consorcio de la misión, que consiste en científicos e ingenieros de aproximadamente 30 instituciones en 11 países europeos.

Finalización exitosa de la fase de prueba CHEOPS a pesar de la crisis del coronavirus

La finalización exitosa de la fase de prueba tuvo lugar en tiempos muy desafiantes, y esencialmente todo el equipo de la misión debía trabajar desde casa hacia el final de la fase. “La finalización de la fase de prueba solo fue posible con el compromiso total de todos los participantes, y porque la misión tiene un sistema de control operativo que está en gran medida automatizado, lo que permite enviar comandos y recibir datos desde el hogar”, explica Willy Benz , Profesor de Astrofísica en la Universidad de Berna e Investigador Principal de la misión CHEOPS.

Un equipo de científicos, ingenieros y técnicos sometió a CHEOPS a un extenso período de pruebas y calibración desde principios de enero hasta finales de marzo. “Nos emocionamos cuando nos dimos cuenta de que todos los sistemas funcionaban como se esperaba o incluso mejor de lo esperado”, explica Andrea Fortier, científica de instrumentos de CHEOPS, de la Universidad de Berna, que dirigió el equipo de comisionamiento del consorcio.

Cumplir con los altos requisitos de precisión de medición

El equipo comenzó centrándose en la evaluación del rendimiento fotométrico del telescopio espacial. CHEOPS ha sido conceptualizado como un dispositivo de precisión excepcional capaz de detectar exoplanetas del tamaño del planeta Tierra. “La prueba más crítica fue la medición precisa del brillo de una estrella a una variación del 0,002% (20 partes por millón)”, explica Willy Benz. Esta precisión es necesaria para reconocer claramente la atenuación causada por el paso de un planeta del tamaño de la Tierra frente a una estrella similar al Sol (un evento conocido como “tránsito”, que puede durar varias horas). CHEOPS también tuvo que demostrar su capacidad para mantener este grado de precisión por hasta dos días.

CHEOPS supera los requisitos

Para verificar esto, el equipo se centró en una estrella conocida como HD 88111. La estrella se encuentra en la constelación de Hydra, a unos 175 años luz de distancia de la Tierra, y no se sabe que albergue planetas. CHEOPS tomó una imagen de la estrella cada 30 segundos durante 47 horas consecutivas (ver Figura 1). Cada imagen fue analizada cuidadosamente, inicialmente usando un paquete de software automático especializado, y luego por los miembros del equipo, para determinar en cada imagen el brillo de la estrella con la mayor precisión posible. El equipo había esperado que el brillo de la estrella cambiara durante el período de observación debido a una variedad de efectos, como otras estrellas en el campo de visión, el pequeño movimiento de jitter del satélite o el impacto de los impactos de rayos cósmicos en el detector.

Los resultados de las 5.640 fotos tomadas por CHEOPS durante 47 horas se muestran en la Figura 2 como una “curva de luz”. La curva representa el cambio a lo largo del tiempo en las mediciones de brillo de todas las imágenes, mostrando una dispersión cuadrática media del 0,0015% (15 partes por millón). “La curva de luz medida por CHEOPS era agradablemente plana. El telescopio espacial supera fácilmente el requisito de poder medir el brillo con una precisión del 0,002% (20 partes por millón)”, explica Christopher Broeg, Gerente de Misión de la misión CHEOPS en la universidad de Berna.

Un exoplaneta que flotaría

El equipo observó otras estrellas, incluidas algunas conocidas por albergar planetas (estos se llaman exoplanetas). CHEOPS se centró en el sistema planetario HD 93396 que se encuentra en la constelación de Sextans, a unos 320 años luz de la Tierra. Este sistema consiste en un exoplaneta gigante llamado KELT-11b, que fue descubierto en 2016 para orbitar esta estrella en 4,7 días. La estrella es casi tres veces el tamaño del sol.

El equipo eligió este sistema en particular porque la estrella es tan grande que el planeta tarda mucho en pasar por delante: de hecho, casi ocho horas. “Esto le dio a CHEOPS la oportunidad de demostrar su capacidad para capturar eventos de tránsito largos que de otro modo serían difíciles de observar desde el suelo, ya que la parte ‘astronómica’ de la noche para la astronomía terrestre generalmente toma menos de ocho horas”, explica Didier Queloz, profesor en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Ginebra y portavoz del Equipo Científico CHEOPS. La primera curva de luz de tránsito de CHEOPS se muestra en la Figura 3, donde la caída debida al planeta ocurre aproximadamente nueve horas después del comienzo de la observación.

El tránsito de KELT-11b medido por CHEOPS permitió determinar el tamaño del exoplaneta. Tiene un diámetro de 181,600 km, que CHEOPS puede medir con una precisión de 4’290 km. El diámetro de la Tierra, en comparación, es de solo aproximadamente 12,700 km, mientras que el de Júpiter, el planeta más grande de nuestro sistema solar, es de 139,900 km. El exoplaneta KELT-11b es, por lo tanto, más grande que Júpiter, pero su masa es cinco veces menor, lo que significa que tiene una densidad extremadamente baja: “Flotaría en el agua en una piscina lo suficientemente grande”, dice David Ehrenreich, científico de la misión CHEOPS de La Universidad de Ginebra. La densidad limitada se atribuye a la proximidad del planeta a su estrella. La Figura 4 muestra un dibujo del primer sistema de planeta de tránsito que CHEOPS observó con éxito.

Benz explica que las mediciones de CHEOPS son cinco veces más precisas que las de la Tierra. “Eso nos da un anticipo de lo que podemos lograr con CHEOPS en los próximos meses y años”, continúa Benz.

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