Jensen-Clem, astrónoma de la Universidad de Califo ia en Santa Cruz (EE.UU), colabora con el Observatorio Keck para descubrir cómo detectar nuevos planetas sin salir del nuestro. Por lo general, esta búsqueda se enfrenta a una serie de obstáculos: el viento, las fluctuaciones en la densidad y la temperatura atmosféricas, o incluso un espejo del telescopio mal alineado pueden crear un resplandor de la luz de una estrella que oscurece la visión de lo que hay a su alrededor, haciendo que cualquier planeta que orbite alrededor de la estrella sea prácticamente invisible. Y la luz que la atmósfera terrestre no oscurece, la absorbe. Por eso, los investigadores que estudian estos mundos lejanos suelen trabajar con telescopios espaciales que eluden por completo la molesta atmósfera terrestre, como el telescopio espacial James Webb, de 10 000 millones de dólares.
Pero hay otra forma de superar estos obstáculos. En su laboratorio entre las secuoyas, Jensen-Clem y sus alumnos experimentan con nuevas tecnologías y software para ayudar al espejo principal en forma de panal de Keck y a su espejo más pequeño y “deformable” a ver con mayor claridad. Utilizando mediciones de sensores atmosféricos, los espejos deformables están diseñados para ajustar su forma rápidamente, de modo que puedan corregir sobre la marcha las distorsiones causadas por la atmósfera terrestre.
Esta técnica de imagen general, denominada óptica adaptativa, es una práctica habitual desde la década de 1990. Pero Jensen-Clem busca subir el listón con tecnologías de óptica adaptativa extrema, cuyo objetivo es crear la máxima calidad de imagen en un campo de visión reducido. Su grupo, en particular, lo hace abordando cuestiones relacionadas con el viento o con el propio espejo principal. El objetivo es enfocar la luz de las estrellas con tanta precisión que un planeta sea visible incluso si su estrella anfitriona es entre un millón y mil millones de veces más brillante.
En abril, ella y su antigua colaboradora Maaike van Kooten fueron nombradas co-ganadoras del premio New Horizons in Physics de la Breakthrough Prize Foundation. El anuncio del premio dice que se han ganado este galardón a la investigación en los inicios de su carrera por su potencial “para permitir la detección directa de los exoplanetas más pequeños” a través de un repertorio de métodos que las dos mujeres han desarrollado a lo largo de sus carreras.
En julio, Jensen-Clem también fue nombrada miembro de un nuevo comité para el Observatorio de Mundos Habitables, un concepto de telescopio espacial de la NASA que se dedicaría a buscar señales de vida en el universo. Su tarea consiste en definir los objetivos científicos de la misión para finales de la década.
“En óptica adaptativa, dedicamos mucho tiempo a las simulaciones o al trabajo en el laboratorio”, afirma Jensen-Clem. “Ha sido un largo camino hasta ver que realmente he mejorado las cosas en el observatorio en los últimos años”.
Jensen-Clem siempre ha apreciado la astronomía por sus cualidades más alucinantes. En séptimo curso, se fascinó con la forma en que el tiempo se ralentiza cerca de un agujero negro cuando su padre, ingeniero aeroespacial, le explicó ese concepto. Después de comenzar su licenciatura en el MIT en 2008, le cautivó cómo una estrella lejana puede parecer que desaparece, ya sea apagándose de repente o desvaneciéndose suavemente, dependiendo del tipo de objeto que pase por delante de ella. “No era exactamente ciencia de exoplanetas, pero había muchos puntos en común”, afirma.
“Si miras al cielo noctu o y ves las estrellas titilar, es porque ocurre rápidamente. Por eso, nosotros también tenemos que ir rápido”.
Durante este tiempo, Jensen-Clem comenzó a sembrar las semillas de uno de sus métodos galardonados después de que su asistente de enseñanza le recomendara que solicitara unas prácticas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Allí, trabajó en una configuración que permitía perfeccionar la orientación de un gran espejo. Estos espejos son más difíciles de realinear que los más pequeños y deformables, cuyos segmentos cambiantes se adaptan a la atmósfera fluctuante de la Tierra.
“En aquel momento, decíamos: «Oh, ¿no sería genial instalar uno de estos en el Observatorio Keck?»", cuenta Jensen-Clem. La idea se quedó en su mente. Incluso la mencionó en una solicitud de beca cuando se preparaba para comenzar sus estudios de posgrado en Caltech. Y después de años de desarrollo incierto, Jensen-Clem logró instalar el sistema, que utiliza una tecnología llamada sensor de frente de onda Ze ike, en el espejo principal de Keck hace aproximadamente un año. “Mi trabajo como becaria universitaria finalmente ha terminado”, dice.
El sistema, que actualmente se utiliza para recalibraciones ocasionales en lugar de ajustes continuos, incluye un tipo especial de placa de vidrio que desvía los rayos de luz del espejo para revelar un patrón específico. El detector puede detectar una desalineación mínima en esa imagen: si un hexágono se desplaza demasiado hacia atrás o hacia adelante, su brillo cambia. Es importante corregir incluso la más mínima desviación, porque «cuando se estudia un objeto tenue, de repente se es mucho más susceptible a pequeños errores», explica Jensen-Clem.
También ha estado trabajando para perfeccionar la técnica de moldeado del espejo deformable de Keck. Este instrumento, que refleja la luz que ha sido desviada del espejo primario, es mucho más pequeño —solo quince centímetros de ancho— y está diseñado para reposicionarse hasta 2000 veces por segundo para combatir la turbulencia atmosférica y crear la imagen más nítida posible. “Si miras al cielo noctu o y ves las estrellas titilar, es porque lo hacen rápidamente. Por eso nosotros también tenemos que ser rápidos”, afirma Jensen-Clem.
Incluso con esta rápida velocidad de reajuste, sigue habiendo un retraso. El espejo deformable suele ir unos milisegundos por detrás de las condiciones reales del exterior en un momento dado. “Cuando el sistema (de óptica adaptativa) no puede seguir el ritmo, no se obtiene la mejor resolución”, afirma van Kooten, antiguo colaborador de Jensen-Clem, que ahora trabaja en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá. Este retraso ha resultado especialmente problemático en las noches ventosas.
Jensen-Clem pensaba que era un problema sin solución. “La razón por la que tenemos ese retraso es porque necesitamos realizar cálculos y luego mover el espejo deformable”, explica. “Nunca vas a poder hacer esas cosas de forma instantánea”.
Pero mientras aún era investigadora postdoctoral en la Universidad de Califo ia en Berkeley, encontró un artículo que proponía una solución. Sus autores sugerían que utilizar mediciones anteriores y álgebra simple para predecir cómo cambiaría la atmósfera, en lugar de intentar seguirla en tiempo real, daría mejores resultados. En aquel momento no pudo poner a prueba la idea, pero al llegar a la UCSC y trabajar con Keck se le presentó la oportunidad perfecta.
Por aquella época, Jensen-Clem invitó a van Kooten a unirse a su equipo en la UCSC como posdoctorado debido a su interés común por el software predictivo. “Al principio no tenía dónde vivir, así que me alojó en su habitación de invitados”, cuenta van Kooten. “Me apoya en todos los sentidos”.
Después de crear un software experimental para probarlo en Keck, el equipo comparó la versión predictiva con la óptica adaptativa más estándar, examinando la calidad de la imagen de cada exoplaneta sin que se perdiera en la luz de las estrellas. Descubrieron que el software predictivo podía captar imágenes incluso de exoplanetas tenues con una claridad dos o tres veces mayor. Los resultados, que Jensen-Clem publicó en 2022, fueron parte de lo que le valió el premio New Horizons in Physics.
Thayne Currie, astrónomo de la Universidad de Texas en San Antonio, afirma que estas nuevas técnicas serán especialmente importantes a medida que los investigadores construyan instalaciones terrestres cada vez más grandes para capturar imágenes de exoplanetas, incluidos proyectos futuros como el Extremely Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y el Giant Magellan Telescope en Chile. “Estamos aprendiendo muchísimo sobre el universo, y esto se debe realmente a avances tecnológicos muy, muy nuevos”, afirma Currie. “El trabajo de la Dra. Jensen-Clem es un ejemplo de ese tipo de innovación”.
En mayo, uno de los estudiantes de posgrado de Jensen-Clem regresó a Hawái (EE.UU) para reinstalar el software predictivo en Keck. Esta vez, el programa no es solo una prueba, sino que ha llegado para quedarse. El nuevo software ha demostrado que puede reenfocar la luz artificial de las estrellas. A continuación, tendrá que demostrar que puede manejar la luz real.
Y dentro de aproximadamente un año, Jensen-Clem, sus estudiantes y sus colegas se prepararán para una avalancha de observaciones de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea, que recientemente ha terminado de medir el movimiento, la temperatura y la composición de miles de millones de estrellas durante más de una década.
Cuando el proyecto publique su próximo conjunto de datos, previsto para diciembre de 2026, el equipo de Jensen-Clem se propondrá buscar nuevos sistemas exoplanetarios utilizando pistas como las oscilaciones en el movimiento de una estrella causadas por la atracción gravitatoria de los planetas que orbitan a su alrededor. Una vez identificado un sistema, los fotógrafos de exoplanetas podrán capturar las imágenes de los planetas ocultos utilizando un nuevo instrumento en Keck que puede revelar más información sobre sus atmósferas y temperaturas.
Habrá una montaña de datos que clasificar y una cantidad aún mayor de luz estelar que reenfocar. Afortunadamente, Jensen-Clem ha dedicado más de una década a perfeccionar las técnicas que necesitará: “El año que viene por estas fechas”, afirma, “estaremos compitiendo por aplicar todos nuestros trucos de óptica adaptativa a estos sistemas y detectar tantos objetos como sea posible”.