NeoFronteras

Peine láser para medir la aceleración del Universo

Área: Espacio — Lunes, 8 de Septiembre de 2008

Se ha probado con éxito un prototipo de peine láser que permite tomar espectros con mucha precisión. Esto facilitará detectar planetas extrasolares de tamaño terrestre y medir la aceleración del Universo directamente.

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El peine láser proporciona múltiples lineas espectrales equiespaciadas. Foto: ESO.

Toda la información que tenemos de los objetos celestes lejanos nos llega a través de la luz que recibimos de ellos o, en su defecto, de otras formas de ondas electromagnéticas.
Para recolectar esa radiación usamos telescopios, tanto en tierra como en el espacio si la parte correspondiente del espectro electromagnético es bloqueada por la atmósfera terrestre.
Pero además de recolectar esa radiación tenemos que analizarla en con un espectrómetro, que divida la luz en sus distintas frecuencias (o “colores”). Estos instrumentos son indispensables y sin ellos no sería posible hacer ciencia ya que, aparte de tener bellas fotos de los objetos celestes, no sabríamos su composición, temperatura, presión, si tiene o no campo magnético o cómo se mueven.
Saber cómo se mueve una estrella nos dice, por ejemplo, si tiene planetas orbitando a su alrededor. Esto se puede saber gracias al efecto Doppler. Una estrella con un planeta que tire gravitacionalmente de ella de manera suficiente oscila un poco. Este movimiento hace que las líneas espectrales de la luz de la estrella se corran hacia el rojo o hacia el azul. Pero ese movimiento puede ser muy sutil y, aunque nuestros espectrómetros tenga muy buena calidad, sin unas buenas líneas de referencia serían inútiles.
Lo que se acaba de conseguir es la primera demostración de la posibilidad de utilizar un peine láser como espectro ultrapreciso de referencia. Los primeros resultados sobre este sistema se publican en Science.
Ahora el ESO está proyectando un telescopio ultragrande (el E-ELT) cuyo espejo mida varias decenas de metros de ancho. Los instrumentos que se instalen tienen que ir en consonancia con el telescopio.
La idea es desarrollar espectroscopios que tengan una precisión de una parte en 30000 millones. Es decir equivalente a medir la circunferencia de la Tierra con una precisión de un milímetro. Con esta tecnología esperan medir en el futuro velocidades de hasta 0,01 m/s.
El peine láser consiste en una técnica que usa pulsos láser ultracortos para crear luz cuyo espectro consista en multitud de líneas espectrales equiespaciadas con una precisión sin igual. Se consigue gracias al uso de espejos semitransparente de tal modo que la distancia espectral entre líneas depende del tiempo que tardan los pulsos en viajar por la cavidad que hay entre los espejos. El espectro resultante permite calibrar el espectroscopio de manera muy precisa. El peine láser se basa en una idea que a Theodor Hänsch y John Hall les valió el premio Nobel en 2005.
El pasado mes de marzo un equipo de investigadores probó un prototipo de peine láser en la torre solar VTT situada en el observatorio de Izaña (Tenerife) y midieron el espectro solar en el infrarrojo en una región tradicionalmente pobre en precisión. Los resultados fueron impresionantes, por lo que esta tecnología representa una gran promesa para la Astrofísica.
Las referencias de calibración tradicionales utilizadas hasta la fecha en los espectroscopios consistían en lámparas de argón-torio cuyas líneas espectrales no se distribuyen equitativamente por el espectro. Por eso la precisión obtenida hasta ahora iba de 0,6 a 10 m/s en el infrarrojo.
Para poder detectar planetas extrasolares del tamaño terrestre se necesitaría una precisión mucho mejor. Así por ejemplo, la Tierra induce una oscilación en el Sol de aproximadamente de 0.1 m/s. Cuanto más grande sea la estrella en relación al planeta más difícil es medir estas oscilaciones, por eso sólo conocemos exoplanetas masivos. Todos los 300 exoplanetas conocidos son más masivos que la Tierra. Con esta tecnología se espera detectar planetas de tipo terrestre que hasta el momento nos han sido esquivos.
Ahora los responsables que han desarrollado esta tecnología pretenden mejorar y perfeccionar el sistema, e incluso crear una empresa spin-off dedicada al asunto. La introducción en el futuro de más líneas en el peine láser (100.000 en lugar de las 58 actuales) permitiría esa precisión de 0,01 m/s. Antes de embarcarse en instrumentos tan ambiciosos, ya han construido una nueva versión del prototipo para el buscador de planetas HARPS del telescopio de 3,6 metros que el ESO tiene en La Silla (Chile).
Pero la idea más fascinante de todas es la que se pretende poner en práctica en el futuro telescopio E-ELT. En este supertelescopio (con un espejo de unos 40 m) se desea instalar un instrumento denominado CODEX que mida directamente la aceleración del Universo. La empresa duraría unos 20 años en los que se tomarían muchos espectros de objetos lejanos. Durante ese tiempo se iría comprobando si hay variación en la velocidad de recesión de esos cuerpos. Conseguir algo así sería fantástico porque permitiría estudiar con precisión este fenómeno y tener pistas sobre la naturaleza de la energía oscura. Deben de medir variaciones en la velocidad de galaxias lejanas con una precisión de unos pocos centímetros por segundo por año. Recalquemos que aquí hablamos de variaciones en la velocidad y no de velocidades absolutas, que ya se medían en los tiempo de Edwin Hubble.
La aceleración de la expansión del Universo es uno de los grandes problemas de la Física moderna que está todavía sin resolver. Se achaca este fenómeno a la energía oscura y parece tener propiedades muy similares a la constante cosmológica.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de ESO.
Material complementario del ESO.
Copia del artículo original (pdf).
A la búsqueda de planetas terrestres.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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1 Comentario

  1. lluís:

    Desde luego que la acelaración de la expansión del Universo es uno de los grandes problemas de la Física moderna, y desde luego el descubrimiento de su causante -la energía oscura- fue una de los peores noticias que recibieron los teóricos de cuerdas, que no habían contado con tal energía oscura y que además les fué muy difícil incorporar a sus cálculos.

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