¿Cómo es que podemos ver galaxias cercanas pero no podemos ver TRAPPIST-1?

¿Cómo tenemos telescopios que son lo suficientemente potentes para ver galaxias cercanas, como Andrómeda (M31), pero que no pueden ver TRAPPIST-1 o los otros exoplanetas en su sistema solar en detalle cuando TRAPPIST-1 está a solo 39 años luz de distancia?

No necesitas un telescopio para ver M31. Tiene una magnitud aparente de 3,4, lo que significa que es fácilmente visible a simple vista, quizás incluso en las ciudades. La razón es que la galaxia de Andrómeda comprende alrededor de un billón de estrellas que, en conjunto, emiten alrededor de 26 mil millones de veces más radiación visible que el Sol.

Compare eso con TRAPPIST-1 (la estrella, no los planetas). Esta es una estrella extremadamente tenue, lo más pequeña y tenue que pueden ser las estrellas. TRAPPIST-1 tiene una magnitud aparente de 18,8, lo que significa que es inaccesible para todos excepto para los telescopios más potentes. Emite alrededor de 1/260000 de la radiación visible emitida por el Sol. Otra forma de verlo: Andrómeda emite alrededor de 7 cuatrillones ($7\times10^{15}$) más ligero que TRAPPIST-1.

Con respecto a ver los exoplanetas que orbitan alrededor de esa estrella, el exoplaneta más lejano orbita TRAPPIST-1 en un radio de aproximadamente 0,063 unidades astronómicas. A 39,5 años luz de distancia, eso significa una separación máxima de 0,005 segundos de arco entre la estrella y el exoplaneta. La resolución del telescopio espacial Hubble es de aproximadamente 0,1 segundos de arco. TRAPPIST-1 y sus siete exoplanetas se resolverían como un solo píxel.

Trappist-1 es difícil de ver porque no es muy grande. De hecho, es tan pequeño (~11% del radio y ~8% de la masa del Sol), que si fuera menos masivo, ¡no podría soportar la fusión!

Además, el ojo humano no es muy bueno para ver gran parte del espectro EM. Por lo tanto, no emite mucha luz visible, PERO podemos construir herramientas para detectar la luz infrarroja que emite Trappist-1.

Las galaxias, por otro lado, son grandes. Realmente grande. ¡Tan grandes, de hecho, que contienen en algún lugar del orden de 100 mil millones de estrellas! Y de estas estrellas, casi todas son más brillantes que Trappist-1.

Así que en realidad no estamos viendo esas galaxias con un detalle más absoluto, pero dado que son mucho más grandes, podemos ver "complejidades" a nivel de estrella.

En los últimos años, los astrónomos han podido ver (en sus palabras, 'imagen directa') algunos exoplanetas. Este es uno de esos:

Hemos encontrado alrededor de 2000 exoplanetas hasta ahora, pero solo hemos podido obtener imágenes directas de 22 de ellos a partir de 2017. La mayoría de los exoplanetas se encuentran utilizando métodos indirectos (por ejemplo, midiendo el brillo de la estrella a lo largo del tiempo, si hay una caída regular en brillo que puede indicar que un planeta ha pasado por delante de la estrella).

Es difícil obtener una imagen directa de un exoplaneta.

• los planetas son muy pequeños en comparación con las estrellas,
• son mucho menos brillantes que las estrellas,
• y están (vistos desde lejos) muy cerca de su estrella.

En la imagen de arriba puedes ver un 'halo' alrededor de la estrella. Este es un efecto óptico: la luz de la estrella se difumina en un diámetro mayor de lo que debería ser. Para muchos exoplanetas, esto significa que el planeta se pierde en este halo.

El objeto más pequeño que puede ver en un telescopio está determinado por la resolución angular de un telescopio. La mayoría de los planetas están tan cerca de sus estrellas que están por debajo de la resolución angular incluso de los telescopios más grandes.

Tenemos imágenes espectaculares de galaxias cercanas porque son realmente grandes. Esta es la galaxia de Andrómeda comparada con la Luna: