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La tecnología láser ganadora de un premio Nobel, ayuda a encontrar planetas similares a la Tierra

30 de Mayo de 2012

La nueva tecnología conocida como “peine de frecuencias láser” (eso0826) [1] ha sido probada con el instrumento HARPS [2], el buscador de planetas instalado en el telescopio de 3,6 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, en Chile. El peine de frecuencias proporciona fuentes de luz de referencia de extraordinaria estabilidad y tienen el potencial de permitir que HARPS, y otros instrumentos similares, hagan medidas más precisas de las que se han podido llevar a cabo hasta ahora [3]. Se espera que esta nueva técnica se convierta en una herramienta revolucionaria para la comunidad astronómica y ayude a los astrónomos a encontrar planetas similares a la Tierra en las zonas habitables alrededor de estrellas cercanas. Los resultados se presentan en un artículo que aparece el 31 de mayo de 2012 en la revista Nature.

Un equipo de científicos de ESO, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ, Garching, Alemania) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, Tenerife, España) — liderados por Tobias Wilken, un investigador del MPQ — ha utilizado un peine de frecuencia láser para llevar a cabo unas pruebas de observación con HARPS. Al utilizar el nuevo peine laser, la precisión que podían alcanzar las medidas fue mejorada en un factor de, al menos, cuatro, al compararla con el límite alcanzado al utilizar una tecnología más antigua de lámparas de cátodo hueco.

Aplicando esta técnica por primera vez con HARPS, cartografiaron la órbita de un planeta conocido que orbita a la estrella HD75289. Estas medidas fueron consistentes con resultados previos, mostrando la fiabilidad de esta herramienta para su uso con la próxima generación de espectrógrafos.

El peine de frecuencias que se puso a prueba era un prototipo de un sistema que se está desarrollando a través de una colaboración entre ESO, MPQ, Menlo Systems GmbH (Alemania), el IAC y la Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Brasil). En un futuro próximo se instalará en HARPS para operaciones rutinarias.

Varias áreas de investigación astronómica punteras se beneficiarán de esta técnica innovadora, principalmente la detección de planetas similares a la Tierra. Uno de los métodos más exitosos para encontrar planetas alrededor de otras estrellas es medir los efectos del planeta en el movimiento de la estrella mirando los pequeños cambios en las líneas espectrales de la estrella anfitriona debidas al efecto Doppler [4]. Esos cambios se miden en relación a una fuente de luz de referencia que debe ser extremadamente estable. El peine de frecuencia laser ofrece una fuente que es significativamente más estable que ninguna otra disponible hasta el momento. Esto significa que podrían tomarse medidas de las velocidades hasta un nivel de tan solo centímetros por segundo.

Si un observador en cualquier lugar de la galaxia quisiera detectar la presencia de la Tierra orbitando alrededor del Sol, debería medir, durante un año, el bamboleo del Sol, hacia delante y hacia atrás, con un equipo lo suficientemente sensible como para captar los cambios en la velocidad con una amplitud de, exactamente, 9 centímetros por segundo. Esto significa que el uso del peine de frecuencias hará posible la detección de planetas similares a la Tierra en las zonas habitables alrededor de estrellas cercanas por la técnica de la velocidad radial. Este tipo de planetas están entre los mejores candidatos para albergar vida fuera del Sistema Solar.

Mirando aún más allá, cuando la próxima generación de telescopios basados en tierra (como el E-ELT, European Extremely Large Telescope, el Telescopio Europeo Extremadamente Grande), esté disponible, los peines de frecuencia láser se convertirán en una herramienta vital para proporcionar medidas directas de la aceleración de la expansión del universo.

Notas

[1] Un peine de frecuencia láser es una fuente de luz coherente, que emite un espectro de línea estrecha, cuyas diferencias de frecuencia se encuentran en el rango de las ondas de radio y son exactamente iguales a lo largo de todo su espectro en forma de peine. Son tan precisos y estables como el reloj atómico con el cual se estabilizan. El desarrollo del primer peine de frecuencia laser se logró por separado por dos grupos: el de T.W. Hänsch en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y el de  J. L. Hall en el United States National Institute of Standards and Technology.  Permitió las medidas de la transición en sistemas atómicos y moleculares con una precisión sin precedentes. En reconocimiento a sus logros, T. W. Hänsch y J. L. Hall fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en el año 2005, premio que compartieron con R.J. Glauber.

[2] HARPS, High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, Buscador de Planetas por Velocidad Radial de Alta Precisión.

[3] El espectro de un peine de frecuencia láser inyectado en un espectrógrafo como HARPS aparece como un conjunto de la misma intensidad, como líneas de emisión con la misma distancia entre ellas, al contrario que las lámparas de cátodo hueco utilizadas hasta el momento, en las cuales las líneas se definen por transiciones atómicas y su separación e intensidad no pueden ajustarse.

[4] El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de una onda para un observador que se mueve en relación a la fuente de la onda. Los espectros astronómicos están compuestos de numerosas líneas espectrales emitidas por diferentes elementos químicos en frecuencias muy bien definidas. El efecto Doppler es reconocible porque estas líneas no siempre están en las frecuencias que se obtienen de los espectros emitidos por fuentes de luz estáticas. Utilizando esta técnica, es posible reconstruir las órbitas de los exoplanetas alrededor de estrellas distantes.

Enlaces

• Más información sobre Peines de Frecuencia Láser