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Tecnologia de laser vencedora do Prémio Nobel ajuda a encontrar planetas parecidos com a Terra

30 de Maio de 2012

A nova tecnologia de pente de frequência laser (eso0826) [1] está a ser testada com o localizador de planetas HARPS [2], montado no telescópio de 3,6 metros do ESO no Observatório de La Silla, no Chile. Os pentes de frequência laser forneceram fontes de luz de referência com estabilidade extraordinária, tendo o potencial para permitir que o HARPS e instrumentos similares façam medições muito mais precisas do que é atualmente possível [3]. Espera-se que esta nova técnica seja uma ferramenta revolucionária para a comunidade astronómica e ajude os astrónomos a encontrar planetas parecidos com a Terra em zonas habitáveis em torno de estrelas próximas. Os resultados serão apresentados num artigo que será publicado na revista Nature a 31 de maio de 2012.

Uma equipa de cientistas do ESO, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ, Garching, Alemanha) e do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC, Tenerife, Espanha) – liderados por Tobias Wilken, um investigador do MPQ – utilizaram um pente de frequência laser para realizar uma observação teste com o HARPS. Quando se utiliza o novo pente laser, a precisão alcançada nas medições melhora de um factor de pelo menos quatro, quando comparada com o limite alcançado utilizando a tecnologia antiga de lâmpadas catódicas ocas.

Ao aplicar esta técnica ao HARPS pela primeira vez, a equipa mapeou a órbita do planeta conhecido, que orbita em torno da estrela HD75289. Estas medições foram consistentes com resultados anteriores, mostrando a robustez desta ferramenta, para uso nas próximas gerações de espectrógrafos.

O pente de frequência laser que foi testado é um protótipo de um sistema que está sendo desenvolvido por uma colaboração entre o ESO, MPQ, Menlo Systems GmbH (Alemanha), o IAC e a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Brasil). O pente de frequência laser será instalado para operações de rotina no HARPS num futuro próximo.

Diversas áreas importantes da investigação astronómica tirarão benefícios desta técnica inovadora, nomeadamente a detecção de planetas parecidos com a Terra. Um dos métodos mais bem sucedidos para encontrar planetas em órbita doutras estrelas consiste em medir o efeito do planeta no movimento da estrela, procurando pequenas desvios no padrão das riscas espectrais da estrela devido ao efeito Doppler [4]. Estes desvios são medidos relativamente a uma luz de referência que tem que ser extremamente estável. O pente de frequência laser oferece uma fonte significativamente mais estável que qualquer outra disponível anteriormente, o que significa que a medição de velocidades de alguns centímetros por segundo podem ser feitas.

Se um observador situado em qualquer local na Galáxia quisesse detectar a presença da Terra na sua órbita em torno do Sol, teria que medir a oscilação do Sol para trás e para frente durante um ano com um equipamento que fosse suficientemente sensível para medir as variações na velocidade com uma amplitude de apenas 9 centímetros por segundo. Isto significa que a utilização de pentes de frequência laser tornarão possível a detecção de planetas com uma massa terrestre em zonas habitáveis em torno de estrelas próximas através da técnica de velocidade radial. Tais planetas estão entre os melhores candidatos para suportar vida fora do Sistema Solar.

Num futuro próximo, quando a próxima geração de telescópios no solo estiver disponível, como o E-ELT, os pentes de frequência laser tornar-se-ão uma ferramenta vital para fornecer medições diretas da aceleração da expansão do Universo.

Notas

[1] O pente de frequência laser é uma fonte de luz coerente, emitindo uma risca espectral estreita, cuja frequência está no regime de rádio e está exatamente igual por todo seu comprimento, como um espectro em forma de pente. Eles são tão precisos e estáveis como o relógio atômico ao qual são estabilizados. O desenvolvimento do primeiro pente de frequência foi alcançado separadamente por ambos os grupos do T.W. Hänsch no Instituto Max Planck de Óptica Quântica e o J.L. Hall no United States National Institute of Standards and Technology. Isto permitiu a medição de transições em sistemas atômicos e moleculares com precisão sem precedentes. Em reconhecimento a esta realização, T.W. Hänsch e J.L. Hall receberam o Premio Nobel em Física de 2005, a outra metade foi concedida a R.J. Glauber.

[2] High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, HARPS, sigla em inglês para Detector de Planetas por Velocidade Radial de Alta Precisão.

[3] O espectro de pente de frequência laser quando injetado num espectrógrafo como o HARPS, aparece como um conjunto de riscas de emissão de intensidade igual e igualmente espaçadas, por oposição às vulgarmente utilizadas lâmpadas catódicas ocas, onde as riscas são definidas por transições atómicas e, consequentemente, tanto o seu espaçamento e como a sua intensidades não se podem ajustar.

[4] O efeito Doppler é a variação em frequência de uma onda para um observador que se move relativamente à fonte da onda. Os espectros astronómicos são compostos por várias riscas espectrais emitidas por diferentes elementos químicos a frequências bem definidas. Reconhece-se o efeito Doppler porque as riscas nem sempre estão nas frequências correspondentes às obtidas no espectro de uma fonte de luz estacionária. Ao utilizar esta técnica, é possível reconstruir as órbitas de exoplanetas em torno de estrelas distantes.