El hallazgo de otras ‘Tierras’, más cerca gracias al peine de frecuencias láser

Artículo publicado el 31 de mayo de 2012 en CSIC

Un equipo internacional con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado que la técnica de calibración para espectrómetro conocida como peine de frecuencias láser mide las longitudes de onda que radian los objetos celestes con una precisión y exactitud sin precedentes. Los resultados, publicados en el último número de la revista Nature, abren la vía para elaborar el primer censo de estrellas cercanas al Sol con planetas similares a la Tierra.

Los científicos han probado esta tecnología en el espectrómetro HARPS del telescopio de 3,6 metros del Observatorio de la Silla (Chile) y han trazado la órbita de un exoplaneta ya descubierto que gira en torno a la estrella HD75289.

Exoplanetas


Para medir la velocidad de una estrella o buscar planetas en la órbita de otras estrellas, los astrónomos utilizan los espectrómetros. Estos instrumentos dispersan la luz que llega a la Tierra procedente de los objetos celestes descomponiéndola en longitudes de onda, frecuencias o colores. Un espectrómetro debe, por tanto, calibrarse con una gran precisión mediante una tecnología, en este caso, el peine de frecuencias láser, que ayude a medir las longitudes de onda de la forma más exacta y estable posible.

Según este trabajo, la técnica, que le valió a los físicos Theodor Hänsch y John Hall el Nobel de Física en 2005, supone que la precisión alcanzada con los mismos instrumentos astronómicos es al menos cuatro veces mejor. El secreto de esta mejora se encuentra en un sistema láser que genera un enorme conjunto de pulsos de luz con una separación en frecuencia muy cercana y muy bien definida.

“El objetivo de nuestra investigación era demostrar que es factible hacer medidas mucho más precisas de la curva de velocidad de una estrella, la HD75289, que ya sabíamos que contenía al menos un planeta. La técnica abre el camino para la búsqueda sistemática de planetas similares a la Tierra en las estrellas más cercanas al Sol”, afirma el investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Canarias Rafael Rebolo, uno de los autores del trabajo, en el que también han colaborado científicos del Observatorio Europeo Austral (ESO) y del Max Planck Institute of Quantum Optics, ambos en Alemania.

“Hay dos ventajas importantes de la nueva técnica: la primera es que proporciona una alta densidad de frecuencias de referencia sobre el detector de nuestro telescopio, lo que permite calibrar mejor las frecuencias de la luz que recibimos. La otra ventaja es que el sistema es muy estable; no cambia con el tiempo”, señala el investigador del CSIC.

Gracias al peine de frecuencias, los científicos son capaces de medir de forma más exacta el efecto que un planeta ejerce sobre la estrella que orbita, observable a través de sutiles movimientos o pequeños cambios en el espectro. Esos movimientos se miden tomando como referencia una fuente de luz que debe ser extremadamente estable. La técnica de Hänsch y Hall ofrece una fuente de luz mucho más estable que cualquiera de las disponibles en la actualidad.

“La técnica supondrá un salto en la precisión de los espectrógrafos abriendo nuevas opciones a la investigación astronómica. La medida de velocidad de las estrellas podrá realizarse con precisiones de pocos centímetros por segundo”, precisa Rebolo.

Asimismo, a largo plazo, cuando la próxima generación de telescopios ópticos terrestres, como el European Extremely Large Telescope (E-ELT) del European Southern Observatory (ESO) en Chile, esté disponible, los peines de frecuencia láser se convertirán en un “instrumento vital” para medir la velocidad de expansión del Universo.


Artículo de Referencia: Tobias Wilken, Gaspare Lo Curto, Rafael A. Probst, Tilo Steinmetz, Antonio Manescau, Luca Pasquini, Jonay I. González Hernández, Rafael Rebolo, Theodor W. Hänsch, Thomas Udem y Roland Holzwarth. A spectrograph for exoplanet observations calibrated at the centimetre-per-second level. Nature. DOI: 10.1038/nature11092.

Fecha Original: 31 de mayo de 2012

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Comments (7)

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  2. reneco

    Por lo que entiendo seguimos sin ver de una forma directa un planeta extrasolar solo inferimos su presencia por las finas variaciones de la luz emitidas por esas estrellas

    • Dr. Whining

      La mayoría efectivamente se detectan por procediimientos oblicuos, es decir, detectamos su presencia a través de las perturbaciones que producen. Esas perturbaciones son de tal tipo que sólo se pueden explicar a través de la existencia de planetas, y en este caso la estadística sí juega a nuestro favor con claridad. Pero al ser un método indirecto, en ocasiones los planetas no quedan bien definidos, hay más de un caso dónde no sabemos si serán 2, 4, 7 ó 10 planetas los que están en órbita (toda esta discrepancia también se produce porque los datos obtenidos están al límite de la resolución instrumental).

      Pero sí hemos detectado planetas extrasolares directamente. Son muchos menos pero hemos podido verlos, por ejemplo por tránsito delante de su estrella (y la disminución de brillo asociado, y esto sí es “ver” porque no es muy distinto de lo que veía Galileo o Herschel), por lente gravitatoria o directamente (con análisis espectral de sus atmósferas) porque el brillo de su estrella no los “borra”.

      • reneco

        Me temo que eso que mencionas siguen siendo observaciones indirectas, el observar la sombra de una persona es un proceso indirecto de observación que es distinto por ejemplo detectar un fotón proveniente directamente de la superficie de Marte, en algún lado me pareció leer que cuando observamos la luna, de alguna manera la estamos tocando, porque los fotones que provienen de ella nos entregan información directa no como el caso de los planetas extra solares que lo que hacen es interferir la luz proveniente de su estrella madre

        • Dr. Whinning

          No hay tanta diferencia como dices. De hecho, al hipotético planeta Vulcano se lo buscó denodadamente a través de tránsitos, y el hecho de que los cálculos newtonianos arrojasen resultados teóricos y después nadie viese el presunto planeta, llevó a muchos (correctamente) a descartar la existencia de tal planeta (aunque hubo otro porrón que “lo vieron”).

          Técnicamente la cantidad de luz que refleja Sedna no sé si será menor que la que filtra la atmósfera de Venus en un tránsito. Otra cosa es que el método de tránsito sea poco útil porque al pasar delante de un foco cegador el instrumental apenas puede resolver (resuelve el tránsito, pero casi ningún dato sobre el transitante). Hombre… todo el mundo tiene los tránsitos como un método directo, y de hecho existe reflexión de fotones, otra cosa como digo es que dadas las distancias sea imposible aprovechar esa información.

          Si algo pasa por delante de una estrella, y lo hace con regularidad periódica, es muy difícil que sea otra cosa. El problema es que las estrellas cuyos planos orbitales toman un ángulo respecto a nosotros que nos permite ver los tránsitos de, una vez más, los planetas más grandes, es una fracción ridícula del total.

          Y dicho sea de paso, que sí, que hemos visto exoplanetas directamente. Ves la foto, ves un borrón del carajo (la estrella) y unos píxeles sueltos no demasiado lejos: es el exoplaneta. Y es un exoplaneta por lo mismo, cada tantas revoluciones está en el mismo sitio. Es visión directa exactamente igual que ver la Luna en el cielo. Igual que antes, son casos muy poco frecuentes: estrellas de relativamente poco brillo con exoplanetas que se pueden ver contra ellas.

          • reneco

            En términos prácticos puede que tengas razón, pero como concepto creo que es distinto deducir con certeza que observar. Por ejemplo un agujero negro nunca lo podremos observar pero si podríamos determinar su existencia y ubicación

            • Dr. Whinning Raising the White Flag xD

              Bueno, un poco por zanjar el tema, la tecnología actual sí permitiría “ver” (en el sentido que dices) muchos (casi todos los próximos, creo) de los exoplanetas catalogados, y naturalmente muchos más que no son detectables por los métodos actuales, el problema es que poner un telescopio en órbita (tirando a grandecillo) y un dispositivo para bloquear la luz de la estrella central cuesta un pastón y con las austeridades occidentales me da que esto, como no lo hagan los chinos… (que sería un puntazo, y seguro que se lo están pensando, a ver si se animan y humillan a occidente, ¡sí, sí, que lo humillen con cosas como esta! xD). Así, se verían directamente, tal y como quieres. Esto ya fue propuesto nada menos que por Carl Sagan hace la porra de años.

              Naturalmente, para poner satélites espía en órbita hay pasta de momento, faltaba más, y para empantanar soldados y destruir países también.

              Y con este chisme, si hubiese un agujero negro “de verdad” por ejemplo en Cygnus X-1 (que está ahí al lado, a 6 kiloaños-luz), se *vería* también (Hawking aceptó que perdió una apuesta que tuvo entre 1974 y 1990 de que “eso” no era un AN, el consenso actual le da 10 sobre 10 de que es un AN). Si se puede resolver por ejemplo el borde interno del disco (que no veo por qué no, con semejante cacharro), veríamos una salvajada de Doppler que tendería, literalmente, a infinito. Y eso hasta para mí es un AN. xD

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