El coronógrafo del telescopio Roman representa un avance sin precedentes en la astronomía observacional. A diferencia de los coronógrafos estacionarios utilizados en el telescopio espacial Hubble y el James Webb, el instrumento de Roman medirá la luz residual antes de cada observación e intentará suprimirla mediante una técnica denominada control activo del frente de onda, según explicó Brandon Creager, ingeniero mecánico principal del instrumento en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

El sistema funciona gracias a dos espejos deformables, cada uno con una matriz de 48 por 48 actuadores (pequeños pistones) bajo una lámina delgada de vidrio deformable. Al aplicar pequeñas cantidades de voltaje, los actuadores se contraen y tiran de sus parches de espejo hacia atrás, como miles de dedos microscópicos esculpiendo delicadamente una superficie. Cada parche de espejo puede deformarse hasta 0,5 micrómetros, aproximadamente una cuarta parte del tamaño de una bacteria de la escherichia coli, en incrementos tan pequeños como aproximadamente 10 picómetros, es decir, alrededor de una décima parte del diámetro de un átomo de hidrógeno, según Ilya Poberezhskiy, ingeniero de sistemas del proyecto del instrumento en el JPL.

Estos actuadores permiten que los espejos creen un "frente de onda activo", donde cada componente se posiciona perfectamente para cancelar las ondas de luz no deseada entrante, funcionando de manera similar a los auriculares con cancelación de ruido, pero para la luz en lugar del sonido. La luz "cancelada" crea una "región en forma de rosquilla alrededor de la estrella donde suprimimos la luz estelar y donde esperamos ver exoplanetas", explicó Poberezhskiy.

Comparado con los coronógrafos espaciales actuales, se espera que este sistema mejore la sensibilidad a exoplanetas contra el resplandor de sus estrellas anfitrionas en un factor de hasta 1.000, revelando planetas que habrían sido demasiado débiles para detectar anteriormente.

El telescopio también utiliza máscaras, placas patterned colocadas en el camino de la luz diseñadas para bloquear los fotones que chocan contra ellas. Una herramienta en el arsenal de máscaras de Roman es el "pasto de silicio", una espesura de púas microscópicas en algunas máscaras que pueden usarse en ciertas configuraciones para absorber fotones de modo que no reboten alrededor del telescopio y lleguen accidentalmente a un detector. La luz que entra en este bosque rebota más profundamente entre las hojas y queda atrapada en lugar de reflejarse hacia la cámara. "Una vez que la luz entra allí, nunca sale", dijo Poberezhskiy.

El telescopio Roman llevará una cámara de campo amplio de aproximadamente 300 megapíxeles que le permitirá capturar imágenes aproximadamente 100 veces más grandes que las exposiciones más amplias del telescopio espacial Hubble con una resolución similar. Estas capacidades ayudarán a los astrónomos a desentrañar las identidades misteriosas de la materia oscura y la energía oscura, y a detectar alrededor de 100.000 nuevos exoplanetas, cuyos planetas fuera de nuestro sistema solar pueden inferirse por la forma en que distorsionan la luz estelar de estrellas más distantes. Javier Viaña, investigador científico de la Universidad de Harvard que ha tenido dos proyectos seleccionados para el primer año de observación altamente competitivo de Roman, compara el salto con pasar de "entrevistar a un puñado de personas" a "realizar un censo global".

Otra cámara utilizará el coronógrafo, bloqueando la luz de una estrella mientras observa un sistema estelar a la vez. El instrumento permitirá a los astrónomos una vista sin precedentes del espacio alrededor de las estrellas, permitiéndoles ver exoplanetas más pequeños, más débiles y más cercanos. "Nos está dando la capacidad de ver planetas que no hemos podido ver físicamente antes", dijo Creager.

Hasta ahora, casi todos los exoplanetas fotografiados directamente son jóvenes de tamaño excesivo que no se parecen en nada a los residentes de nuestro sistema solar: varios veces la masa de Júpiter, aún brillando con el calor dejado por su nacimiento, y orbitando decenas o cientos de veces más lejos de su estrella que la Tierra del sol. Esto se debe a que son relativamente fáciles de ver. Su tamaño, calidez y distancia de su estrella madre los hace brillar intensamente en luz infrarroja, lejos del peor del resplandor estelar.

Roman, sin embargo, podría fotografiar directamente un verdadero análogo de Júpiter: un planeta similar a Júpiter en masa y orbitando una estrella similar al sol a pocos veces más lejos que la Tierra del nuestro. A diferencia de los Júpiteres calientes que podemos ver ahora, este sería un gigante gaseoso mucho más maduro como el nuestro, reflejando principalmente la luz de su estrella madre después de miles de millones de años de enfriamiento en lugar de emitir fuertemente la suya propia.

Los astrónomos han podido inferir la existencia de tales planetas a partir del tambaleo gravitacional que imparten a la estrella. Roman, en cambio, recopilaría luz estelar reflejada del planeta mismo. "No estamos mirando la estrella. No estamos mirando el efecto del planeta en la estrella", dijo Meredith MacGregor, profesora de astronomía en la Universidad Johns Hopkins que también ha asegurado un programa de observación. "Realmente estamos mirando el planeta, y eso es súper poderoso".

Una vez que este instrumento esté disponible, será el turno de los científicos de hacer su trabajo. "Honestamente, estoy un poco aterrada por cómo todos vamos a lidiar con esto, porque creo que es simplemente una cantidad tan grande de datos", dijo MacGregor. "Creo que la gente legítimamente seguirá trabajando en datos de Roman durante décadas".

Sin embargo, no esperes ver una foto en 4K de un Júpiter alienígena en los próximos meses. Roman no podrá resolver tal planeta en un globo sólido; en el mejor de los casos, probablemente se parecerá a una dispersión de píxeles. Aún así, eso será suficiente, dijo MacGregor, ya que Roman puede usar el coronógrafo para obtener información sobre las diversas longitudes de onda de luz del planeta, lo que puede decirles a los astrónomos sobre su química atmosférica.

"Estás tomando algo que es un punto de luz y convirtiéndolo en un mundo real", dijo, "porque si sabes eso sobre su atmósfera, ahora sabes algo sobre la superficie del planeta y la posibilidad de que haya vida en ese planeta, ¿verdad? Así que ese es un gran paso".

Durante sus primeras observaciones, los científicos e ingenieros verán si pueden mantener una estrella en el centro exacto de las máscaras del coronógrafo, dar forma a los espejos, "cavar" la rosquilla oscura, como la describe Poberezhskiy, y luego mantener todo mientras la nave espacial se mueve a través del espacio y cambia activamente de temperatura.

Los resultados informarán el Observatorio de Mundos Habitables propuesto por la NASA, el sueño de muchos astrónomos de exoplanetas, que en teoría podrá separar la luz de un planeta similar a la Tierra de la de una estrella similar al sol, más de 10 mil millones de veces más brillante.

Creager, quien ha trabajado en el instrumento desde 2018, está orgulloso del logro: "No muchas personas pueden decir, 'Construí algo y está tomando una foto de un planeta que está en una estrella que está a 50 años luz de distancia o 100 años luz de distancia'". Imagina el momento en que él y su equipo podrán mirar la primera imagen cuando llegue: "Sí, hicimos eso". Aunque el planeta puede aparecer solo como un pequeño punto, el logro de Roman será la oscuridad ingenierada a su alrededor.