El peine de frecuencias láser buscará otras “Tierras” en el espacio

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.

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.

También se medirá la velocidad de expansión del universo

“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 European Southern Observatory (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.

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.