Un anillo para encontrarlos

Pocos son los dispositivos modernos que no utilizan en su diseño, construcción o funcionamiento, la luz láser: desde el modesto lector de CD/DVD hasta los más modernos proyectores de cine, pasando por sistemas de enfoque para móviles o impresoras 3D. Los telescopios que tenemos en Canarias no son menos. Una aplicación poco conocida (y muy novedosa) del láser es la búsqueda de planetas que orbitan estrellas fuera del Sistema Solar.

La búsqueda de planetas extrasolares es un campo relativamente nuevo pero muy prolífico de la Astrofísica. En poco más de veinte años hemos pasado de descubrir el primer planeta extrasolar a tener una lista de más de 3500 planetas. La mayoría de ellos son muy grandes (algunos cientos de veces la masa de la Tierra) y/o con una órbita demasiado cercana a su estrella, por lo que estimamos que no pueden albergar vida como la conocemos. Cuanto más pequeño sea y alejado de su estrella esté el planeta, más difícil es detectarlo; por eso encontrar un análogo a la Tierra no es sencillo.

Para encontrar planetas como la Tierra se ha instalado en el Telescopio Nazionale Galileo (TNG), en la Palma, el instrumento HARPS-N, un espectrógrafo de alta resolución y gran estabilidad capaz de medir el pequeño movimiento que un planeta como el nuestro produce en una estrella como el Sol. Aunque solemos decir que los planetas se mueven en órbitas alrededor de las estrellas, mientras estas permanecen fijas, lo cierto es que tanto los planetas como las estrellas se mueven en órbitas elípticas alrededor de un punto llamado centro de masas. La posición de este punto depende de la masa de cada uno de los cuerpos y la distancia entre ellos. Lo que ocurre es que el centro de masas en el caso Tierra-Sol está muy aproximadamente en el centro del Sol, por lo que el movimiento de este es muy pequeño. De hecho, el radio de la órbita de la Tierra es de 150 millones de kilómetros, mientras que el de la órbita del Sol es de solo 500 km, mucho menor que el tamaño del propio Sol. Este movimiento ocurre a una velocidad de alrededor de 0,36 km/h (la décima parte de la velocidad media de una persona caminando) y provoca una pequeñísima alteración en la luz que recibimos, al igual que la sirena de una ambulancia que se aleja tiene un sonido ligeramente distinto que cuando se acerca (fenómeno conocido como efecto Doppler).

Para medir el efecto Doppler ocasionado por la presencia de un planeta tipo Tierra en la luz de su estrella no solo necesitamos un espectrógrafo muy sensible, sino también un “afinador” suficientemente preciso y estable en el tiempo, que ofrezca una luz que se pueda usar como referencia absoluta con la que comparar la luz que el telescopio recibe de las estrellas en las que se buscan esos planetas. Para eso, en el TNG estamos desarrollando el mejor afinador óptico conocido. Se llama Astro Laser Frequency Comb o Peine Láser de Frecuencias Astronómico. Este dispositivo, que está localizado en un laboratorio justo bajo el telescopio, consiste en un láser que confina la luz en una geometría con forma de anillo mediante varios espejos y emite una luz compuesta por varios miles de frecuencias que están sincronizadas de forma muy precisa con un reloj atómico. Después de generar esta luz, se filtra y adapta en varias etapas relativamente complejas para luego ser llevada por una fibra óptica hasta el telescopio, donde la luz láser entra al espectrógrafo como si fuera la luz de una estrella.

Utilizando alternativamente la luz láser y la luz de la estrella cuya velocidad se quiere medir, se consigue mucha más precisión que con la tecnología actual que emplea una lámpara de torio-argón (parecida a un tubo de neón). Pero no todo son ventajas, el láser es tan preciso como complejo de utilizar. Si la lámpara de torio-argón demanda aproximadamente la misma electrónica que una bombilla de bajo consumo, nuestro Astro Laser Frequency Comb requiere para su funcionamiento de dos láseres de alta potencia y precisión, además de alrededor de cien elementos ópticos entre espejos, lentes, filtros, fibras ópticas y elementos de óptica no lineal, que necesitan estar perfectamente alineados. Algunos de estos elementos requieren incluso una monitorización y movimiento automatizado para ajustar sus posiciones con una precisión mejor que la diez milésima parte del grosor de un cabello humano y hacerlo a un ritmo de varios cientos de veces por segundo.

Es este proceso de automatización en lo que estamos trabajando, para conseguir que mediante control por ordenador de estos elementos ópticos, la utilización de este complejo láser se convierta en algo tan sencillo como apretar un botón. Cuando lo consigamos, esperamos que este “anillo de luz” ayude a encontrar planetas extrasolares similares a la Tierra.