Un nuevo material que se contrae al calentarse y se expande al enfriarse puede aprovecharse para los telescopios espaciales ultraestables requeridos para la búsqueda de mundos habitables.
Durante las últimas dos décadas, los científicos han desarrollado métodos para detectar atmósferas en exoplanetas mediante la observación cercana de estrellas con telescopios avanzados. A medida que la luz atraviesa la atmósfera de un planeta o se refleja o emite desde su superficie, los telescopios pueden medir la intensidad y el espectro (es decir, el «color») de la luz, y detectar diversos cambios en la luz causados por los gases en la atmósfera planetaria. Al analizar estos patrones, los científicos pueden determinar los tipos de gases presentes en la atmósfera del exoplaneta.
Descifrar estos cambios no es tarea fácil, ya que los exoplanetas aparecen muy cerca de sus estrellas anfitrionas cuando los observamos, y la luz estelar es mil millones de veces más brillante que la luz de un exoplaneta del tamaño de la Tierra. Para detectar con éxito exoplanetas habitables, el futuro Observatorio de Mundos Habitables de la NASA necesitará una relación de contraste de uno a mil millones (1:1.000.000.000).
MIL VECES MÁS ESTABLE
Lograr esta extrema relación de contraste requerirá un telescopio mil veces más estable que los observatorios espaciales de vanguardia, como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman. Es necesario integrar nuevos sensores, arquitecturas de sistemas y materiales que funcionen en conjunto para el éxito de futuras misiones.
Un equipo de la empresa ALLVAR colabora con el Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA para demostrar cómo la integración de un nuevo material con características únicas de expansión térmica negativa puede contribuir a la creación de estructuras de telescopios ultraestables, informa la agencia espacial.
ALLVAR recibió financiación del programa de Investigación Innovadora para Pequeñas Empresas (SBIR) de la NASA para escalar e integrar un nuevo material de aleación en las demostraciones de la estructura de los telescopios, con vistas a su posible uso en futuras misiones de la NASA, como el Observatorio de Mundos Habitables.
Esta aleación se contrae al calentarse y se expande al enfriarse, una propiedad conocida como expansión térmica negativa (NTE). Por ejemplo, la aleación ALLVAR 30 presenta un coeficiente de expansión térmica (CTE) de -30 ppm/°C a temperatura ambiente. Esto significa que una pieza de 1 metro de esta aleación NTE se contraerá 0,003 mm por cada 1 °C de aumento de temperatura. A modo de comparación, el aluminio se expande a +23 ppm/°C.
Dado que se contrae cuando otros materiales se expanden, la aleación ALLVAR 30 puede utilizarse para compensar estratégicamente la expansión y contracción de otros materiales. La propiedad única de NTE de la aleación y la ausencia de expansión por humedad podrían permitir a los diseñadores ópticos abordar las necesidades de estabilidad de las futuras estructuras de telescopios.
Los cálculos indican que la integración de la aleación ALLVAR 30 en ciertos diseños de telescopios podría mejorar la estabilidad térmica hasta 200 veces en comparación con el uso exclusivo de materiales tradicionales como el aluminio, el titanio, los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) y la aleación de níquel-hierro, el invar.
