Espectroscopía
Si alguna vez se descubren señales de vida en otro planeta, se hará con un espectrógrafo
La espectroscopía es una de las herramientas favoritas de los astrónomos para ayudarles a entender el universo. Planetas, estrellas y galaxias están demasiado lejos para ser analizadas en un laboratorio. Afortunadamente, la luz que detectamos con un telescopio lleva consigo información muy importante sobre estos cuerpos distantes.
Pero la luz no es un libro abierto. Para poder leerla, la luz debe dividirse en sus diferentes colores (o longitudes de onda), de la misma manera que las gotas de lluvia dispersan la luz para formar un arco iris. Newton llamó a este arco iris de colores spectrum (espectro), la palabra latina para "apariencia".
Un prisma divide la luz blanca en sus componentes: los colores del arco iris.
Un prisma natural, conocido por todo el mundo.
El primer uso astronómico de la espectroscopía fue el análisis de la luz solar por Fraunhofer y Kirchhoff, a principios del siglo XIX. Se esperaba que la luz blanca emitida por el Sol produciría un arco iris limpio al pasar a través de un prisma. Pero, por primera vez, también se observó un patrón de líneas oscuras. Estas líneas inesperadas son las "huellas dactilares" impresas en la luz de los diferentes elementos químicos interactuando con ella, y se llaman líneas de absorción.
La belleza de esta interacción es que cada elemento químico o molécula produce una firma única en el espectro, una especie de código de barras que distingue inequívocamente un elemento de otro. Descifrando estos códigos de barras, la espectroscopía puede revelar características importantes de cualquier cuerpo que emita o absorba luz.
El código de barras del Sol. Se dividió un espectro muy largo en partes más pequeñas y luego fueron colocadas unas encima de otras.
Crédito: NOAO/AURA/NSF
Una estrella emite luz en todo el espectro: un continuo. Cuando la luz blanca atraviesa un prisma, forma un arco iris, su espectro. De la misma manera, cuando la luz de una estrella atraviesa el gas de una nebulosa ( o incluso sólo la atmósfera de la propia estrella) determinados colores (o longitudes de onda) son absorbidas por los elementos contenidos en el gas, produciendo líneas oscuras sobre el continuo. Se trata de un espectro de absorción. La energía absorbida por el gas entonces se reemite en todas direcciones, también en los colores específicos característicos de los elementos presentes en el gas, produciendo líneas brillantes a determinadas longitudes de onda. Esto se conoce como un espectro de emisión.
Los espectrógrafos son piezas fundamentales de instrumentación astronómica y son mucho más sofisticados que un prisma. En lugar de un simple arco iris, el resultado es un espectro en el cual la luz está mucho más dispersa que en un arco iris. Los espectros se registran en un detector CCD y finalmente se guardan en archivos de ordenador para su posterior procesamiento y análisis. El espectro de una estrella o de cualquier objeto astronómico no sólo revela la presencia de ciertos elementos químicos, sino que también informa sobre condiciones físicas, como la temperatura y la densidad. Los espectros también nos pueden hablar del movimiento: utilizando el efecto Doppler, se puede medir la velocidad de una estrella o una galaxia con respecto a la tierra. Este efecto se utiliza para descubrir planetas extrasolares, y un efecto similarpermite a los astrónomos medir las distancias a las galaxias. Los espectros también contienen información sobre el campo magnéticopresente en el objeto, la composición de la materia y mucho más.
La mayoría de los telescopios de los observatorios de ESO tiene espectrógrafos o tiene un modo espectroscópico. Cubren diversas gamas de longitud de onda (desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo medio) y ofrecen diferentes resoluciones espectrales (cuanto mayor sea la resolución espectral, mayor será la dispersión de la luz y más pequeños los detalles del espectro que pueden ser detectados).
Ilustración de un espectro captado por X-shooter. Este instrumento puede tomar espectros de un objeto en una amplia gama de colores (o longitudes de onda) simultáneamente, del ultravioleta al infrarrojo.
La mayor parte de los espectrógrafos seleccionan la luz que se va a dividir con una rendija, que puede ser larga o muy corta, o incluso sólo un pequeño agujero. Sólo esa luz se envía al espectrógrafo (no mostrado aquí) y produce un espectro de esa luz seleccionada.
Algunos espectrógrafos instalados en el VLT (Very Large Telescope) en Paranal, producen espectros de alta resolución, como UVES y CRIRES; otros obtienen espectros de muchos objetos a la vez como FLAMES y VIMOS; y algunos, como , KMOS, MUSE y SINFONI, incluso puede tomar espectros de su campo de visión entero (véase espectroscopia de campo integral).
En el Observatorio La Silla, los instrumentos instalados en el NTT (New Technology Telescope), EFOSC2 (y su predecesor EMMI) y SOFI son espectrógrafos. Pero HARPS, instalado en el Telescopio de 3,6 metros de ESO, es sin duda uno de los más famosos por su papel protagonista en la detección de exoplanetas.
La próxima generación de espectrógrafos, como los previstos para el ELT (Telescopio Extremadamete Grande), irá más allá de lo que podemos conseguir actualmente. Entre las cosas que no podemos hacer hoy, los astrónomos esperan poder buscar posibles rastros de vida en las atmósferas de exoplanetas similares a la Tierra. Si alguna vez se descubren signos de vida en otro planeta, lo más probable es que el instrumento involucrado sea un espectrógrafo.
Hitos Científicos
Los espectrógrafos de ESO han proporcionado importantes datos clave para ciertos descubrimientos en diferentes campos de la astronomía:
- Top 10 de los descubrimientos astronómicos de ESO;
- Cuerpos del Sistema Solar, exoplanetas y enanas marrones: ver hitos científicos de CRIRES;
- Exoplanetas: ver hitos científicos de HARPS;
- Poblaciones estelares: ver hitos científicos de FLAMES;
- Cosmología: ver hitos científicos de UVES ;
- Agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea: ver hitos científicos de y SINFONI;
- Evolución Galáctica: ver hitos científicos de VIMOS.