Precisión láser en la búsqueda de nuevas Tierras

Alvin Powell
harvardscience.harvard.edu
Traducido por Ciencia Kanija
09/04/08

Científicos de Harvard han desvelado un nuevo dispositivo de medida láser que dicen que proporcionará una avance crítico en la resolución de las actuales técnicas de búsqueda de planetas, haciendo posible el descubrimiento de planetas del tamaño de la Tierra.

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El descubrimiento de planetas fuera de nuestro Sistema Solar, conocidos como exoplanetas”, es uno de los campos más candentes de la astronomía y promete incrementar nuestra comprensión del Sistema Solar de la Tierra y de cómo la vida arraigó en este planeta.

El problema, no obstante, es que las dos principales técnicas para encontrar exoplanetas dependen de un efecto muy pequeño sobre su estrella. Uno mide el “bamboleo” de la estrella debido al tirón gravitatorio del planeta cuando la orbita, mientras que el otro mide la atenuación de la luz estelar cuando pasa frente a la estrella. Con la tecnología actual, ambas técnicas pueden identificar planetas relativamente grandes que tienen un efecto notorio sobre su estrella.

Los planetas grandes, sin embargo, tienden a ser gigantes gaseosos, como nuestros Júpiter y Saturno del Sistema solar, incapaces de dar soporte a la vida. Los planetas rocosos más pequeños, como la Tierra y Marte, se cree que son los más probables candidatos para la vida, pero son demasiado pequeños para ser detectados con las técnicas actuales.

El nuevo dispositivo, conocido como astro-peine, usan pulsos láser de femto-segundo acoplados a un reloj atómico para proporcionar un estándar preciso contra el que poder medir la luz de una estrella. Ronald Walsworth, profesor senior de física en la Facultad de Artes y ciencia, y físico senior en el Observatorio Astrofísico Smithsoniano y en cuyo laboratorio se desarrolló el astro-peine, dijo que puede incrementar la resolución de la técnica del “bamboleo” aproximadamente en 100 veces, lo cual permitiría la detección de un planeta del tamaño de la Tierra.

“Las herramientas existentes, anteriores al astro-peine, no podían realizar esta tarea”, dijo Walsworth.

Ambos, Walsworth y el Profesor de Astronomía Dimitar Sasselov, director de la Iniciativa Orígenes de la Vida de la Universidad de Harvard, dijeron que la resolución final de las observaciones astronómicas tomadas usando el astro-peine puede ser algo menor de lo posible idealmente debido a otros factores, como el “ruido” en las atmósferas interestelares, que puede afectar a la calidad de las medidas. Aún así, dijo Sasselov, los planetas cerca del tamaño de la Tierra — y que compartan suficientes características de la Tierra para albergar las condiciones para la vida — deberían ser detectables en los próximos años usando el astro-peine.

La capacidad de encontrar y analizar planetas similares a la Tierra es un paso importante para obtener información básica con la cual comprender cómo surgió la vida en la Tierra, dijo Sasselov. La Iniciativa Orígenes de la Vida, dijo, reúne a expertos de una variedad de campos cuya experiencia es pertinente para comprender las raíces planetarias de la vida en el universo. Estudiando las condiciones en los planetas similares a la Tierra que orbitan otras estrellas, comentó, los científicos pueden tener una mejor comprensión de qué condiciones había probablemente en la Tierra antes de que surgiera la vida. Tal comprensión, dijo, podría informar a los investigadores en química y biología molecular que buscar aprender cómo los compuestos químicos orgánicos llegaron a crear la química de la vida.

“Creo que es súper-emocionante, desde el punto de vista de ampliar este nuevo campo de la ciencia: la exploración de entornos fuera de este Sistema solar”, dijo Sasselov.

El astro-peine fue desarrollado en una colaboración entre físicos y astrónomos que trabajan en el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano y en el Departamento de Física e Iniciativa de Orígenes de la Vida de la Universidad de Harvard, así como en el Departamento de Ingeniería Eléctrica del Instituto Tecnológico de Massachusetts. En concreto, tanto Walsworth como Sasselov acreditaron el entorno interdisciplinario del Centro de Astrofísica y la visión de la Iniciativa de Orígenes de la Vida reuniendo expertos de diversos campos cuyo trabajo pudiera hacer posible el avance.

Haces tres años, como un ejercicio de clase en un curso de física que estaba impartiendo, Walsworth comenzó a reflexionar sobre formas en que un instrumento existente, conocido como peine láser, podría usarse para resolver los espinosos problemas de la astrofísica. Aproximadamente al mismo tiempo, Andrew Szentgyorgyi, profesor asociado del Observatorio de la Universidad de Harvard y astrofísico senior en el Observatorio Astrofísico Smithsoniano, comenzó a oír hablar sobre peines láser y trataba de encontrar a alguien con el suficiente conocimiento del tema para decirle si era posible adaptarlos a su investigación astronómica. Finalmente, en su frustración, llegó a la oficina de Walsworth.

“Llamé a la puerta y pregunté, ‘¿Sabe algo sobre esos peines láser?’ Él dijo, ‘¿Qué si conozco algo? Tengo uno’”, dijo Szentgyorgyi.

Los peines láser llevan usándose casi una década y se usan para crear relojes de una precisión extrema. Los peines trabajan creando picos regulares de luz láser que son espaciados igualmente en longitud de onda — como las púas de un peine — y pueden ser proyectados en un dispositivo de medida del espectro de la luz llamado espectrógrafo. Contra un fondo tan preciso, los físicos y astrónomos pueden medir con precisión la luz de varias fuentes, incluyendo la luz de las estrellas. Los peines láser no se habían usado en astrofísica antes, no obstante, debido a problemas técnicos que los hacían demasiado precisos — las púas de la luz del “peine” se creaban demasiado cerca unas de otras para que fuesen útiles para medir la luz estelar. Walsworth y sus colegas añadieron un dispositivo de filtro que dispersa las púas del peine láser en un factor de diez, y las estabiliza en un reloj atómico, creando el primer peine láser adecuado para la investigación astrofísica.

“Ahora podemos ajustar el sistema y obtener exactamente la luz que necesita un espectrógrafo astrofísico concreto”, dijo Walsworth.

Aunque su principal campo de aplicación será la búsqueda de exoplanetas, el astro-peine puede medir también otras luces procedentes del cielo. De hecho, tendrá su primera prueba a finales de primavera en el Observatorio del Monte Hopkins en Arizona examinando estrellas de un cúmulo globular cercano para ver si su movimiento se ve afectado por la teórica presencia de materia oscura.

Una vez que se complete el ensayo, se construirá un nuevo astro-peine como parte de la Iniciativa de Orígenes de la Vida de la Universidad de Harvard con el objetivo de desplegarlo en un proyecto que se está construyendo en las Islas Canarias para investigación exoplanetaria, conocido como Instalación de Nuevas Tierras. Szentgyorgyi, que liderará el equipo de las Islas Canarias, dijo que primero llevará el astro-peine a Ginebra para calibrarlo con el equipo que está siendo construido por colaboradores europeos y luego instalarlo en las Islas Canarias. Estará operativo aproximadamente para 2010, comentó.