4 de septiembre de 2008

Un peine de dientes finos para medir la aceleración del Universo

Imagen: ESO

Los instrumentos astronómicos necesarios para responder a preguntas cruciales, tales como la búsqueda de planetas similares a la Tierra o la forma en que el Universo se expande, han avanzado un paso más con la primera demostración en el telescopio de un nuevo sistema para la calibración precisa del espectrógrafo. El método utiliza una tecnología ganadora del Premio Nobel llamada "peine de frecuencias láser", y se publica en la edición de esta semana de Science.

"Pareciera que estamos camino a cumplir uno de los sueños de los astrónomos", dijo Theodor Hänsch, miembro del equipo del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica (MPQ) en Alemania. Hänsch, junto con John Hall, recibió el Premio Nobel de Física el 2005 por su trabajo, que incluyó la técnica del peine de frecuencias.

Los astrónomos usan instrumentos llamados espectrógrafos para descomponer la luz de los objetos celestes en los diferentes colores, o frecuencias, que la integran, de la misma forma que las gotas de agua crean un arco iris con la luz del Sol. Así se puede medir la velocidad de las estrellas, galaxias y quásares, buscar planetas alrededor de otras estrellas, o estudiar la expansión del Universo. Para que las frecuencias de luz puedan ser medidas correctamente, el espectrógrafo debe estar calibrado con precisión. Esto es similar a la importancia de usar reglas precisas para medir longitudes adecuadamente. En este caso, el láser provee de una especie de regla para medir colores en vez de distancias, con una malla extremadamente precisa y fina.

Espectrógrafos nuevos y extremadamente precisos serán necesarios en los experimentos planificados para el futuro Telescopio Extremadamente Largo de Europa (E-ELT), que está siendo diseñado por el Observatorio Europeo Austral, ESO. Estos nuevos espectrógrafos deberán estar calibrados con "reglas" aún más precisas. De hecho, éstas deben tener una precisión de cerca de uno en 30 mil millones, una hazaña equivalente a medir la circunferencia de la Tierra con un margen de error de un milímetro.

"Necesitaremos algo más allá de lo que la tecnología actual puede ofrecer, y es ahí donde aparece el peine de frecuencias láser. Vale la pena recordar que el tipo de precisión requerida es de 1 cm/s, lo que corresponde en el nivel focal de un espectrógrafo típico de alta resolución, a un desplazamiento de algunas décimas de un nanómetro, esto es, el tamaño de ciertas moléculas", explica la candidata a PhD y miembro del equipo de ESO, Constanza Araujo-Hauck.

La nueva técnica de calibración surge de una combinación entre la astronomía y la óptica cuántica, gracias a la colaboración entre investigadores de ESO y del Instituto Max Planck para la Óptica Cuántica. Utiliza pulsos ultra cortos de luz láser para crear un "peine de frecuencias", es decir, luz en varias frecuencias separadas por un intervalo constante, para crear la "regla" precisa que se necesita para calibrar un espectrógrafo.

El 2007, después de satisfactorias pruebas en el laboratorio MPQ, el equipo testeó con éxito un prototipo que utilizaba el peine láser para medir el espectro del Sol en luz infrarroja, prueba realizada el 8 de marzo de 2008 en el telescopio solar VTT (Vacuum Tower Telescope) de Tenerife. Los resultados son admirables y la técnica promete alcanzar la precisión requerida para estudiar las grandes preguntas astronómicas.

"En nuestras pruebas en Tenerife hemos alcanzado la más moderna precisión. Ahora haremos el sistema más versátil y lo desarrollaremos aún más", señala el miembro del equipo Tilo Steinmetz, de Menlo Systems GmbH, una compañía surgida del Instituto Max Planck para comercializar la técnica del peine láser.

Ya probada la técnica en un telescopio solar, una nueva versión del sistema está siendo construido para el instrumento buscador de planetas HARPS en el telescopio de 3,6 metros de ESO en La Silla, Chile. Ello antes de ser considerado para futuras generaciones de instrumentos.

Uno de los más ambiciosos proyectos realizados con el E-ELT, denominado CODEX, busca medir la aceleración del Universo -descubierta en años recientes- en forma directa, siguiendo la velocidad de galaxias distantes y quásares en un período de 20 años. Esto permitirá a los astrónomos probar la Teoría de la Relatividad de Einstein y la naturaleza de la misteriosa energía oscura recién descubierta.

"Tenemos que medir el movimiento de estas galaxias distantes en pocos centímetros por segundo, y seguirlas por décadas. Estas velocidades son un poco más rápidas que el andar de una culebra, así que el cepillo de frecuencias láser es absolutamente crucial para esto", afirma Antonio Manescau, miembro del equipo de ESO.

Los astrónomos también usan espectrógrafos para buscar planetas alrededor de otras estrellas, observando los sutiles movimientos de la estrella al ser orbitada por un planeta. Para ser detectados por la actual tecnología, dichos planetas deben ser relativamente masivos o más cercanos a la estrella que nuestro planeta. Un espectrógrafo más preciso permitirá a los astrónomos encontrar planetas mucho más similares a la Tierra.

El equipo está compuesto por Constanza Araujo-Hauck, Antonio Manescau, Luca Pasquini, Hans Dekker y Sandro D'Odorico (ESO), Thomas Udem, Tobias Wilken y Theodor Hänsch, (Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica, Alemania), Ronald Holzwarth y Tilo Steinmetz (Menlo Systems GmbH), Michael Murphy (Universidad Swinburne, Victoria, Australia), Thomas Kentischer y Wolfgang Schmidt (Instituto Kiepenheuer de Física Solar, Freiburg, Alemania).

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.eso.org/