Un nuevo tipo de peine láser de frecuencia (LFC) ha sido desarrollado por científicos en Europa. El dispositivo prototipo podría conducir a mejoras en la forma en que los científicos buscan exoplanetas similares a la Tierra, miden la expansión del Universo y prueban las constantes fundamentales de la naturaleza.
Los LFC producen líneas espectrales de luz con frecuencias uniformemente espaciadas y tienen una amplia gama de aplicaciones en metrología y espectroscopía. El nuevo LFC fue desarrollado por Tobias Herr del Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología , Francesco Pepe del Observatorio de Ginebra y sus colegas. Utiliza un microrresonador controlado por láser en un chip de nitruro de silicio que produce pulsos de 24 GHz para su uso en la calibración de espectrómetros de infrarrojo cercano. Esto le da una ventaja sobre los LFC tradicionales, que operan a frecuencias inferiores a 10 GHz y crean un espacio de línea que es demasiado pequeño para la espectroscopia astronómica.
Los pulsos se producen por medio de un fenómeno conocido como solitones Kerr-cavidad disipadores temporales (DKS), que implica atrapar pulsos de luz ultracortos en un microrresonador circular de tamaño micrométrico. Cada vez que el pulso DKS pasa el acoplador de entrada / salida del microrresonador, parte del pulso se desvía y se dirige hacia el espectrómetro, produciendo una serie de líneas espectrales que, en el prototipo, están precisamente separadas cada 24 GHz. Estas líneas forman un peine espectral y actúan como una herramienta de calibración precisa para el espectrómetro.
Un método popular para detectar exoplanetas es la técnica de velocidad radial. Esto implica medir el movimiento sutil de una estrella causado por el tirón gravitatorio de un planeta en órbita. Estos movimientos a menudo no son más rápidos que el ritmo de caminar y requieren mediciones espectroscópicas de alta precisión del desplazamiento Doppler en la luz de la estrella a medida que se mueve. El tamaño del desplazamiento Doppler y el período en que ocurre puede indicar a los astrónomos la masa y la distancia desde la estrella del planeta. Cuanto mayor sea la masa de la estrella, o cuanto menos masivo o más distante sea el planeta, menor será el desplazamiento Doppler.
Aumento de la precisión
Actualmente, los espectrómetros astronómicos usan lámparas de cátodo hueco que producen un número limitado de líneas de calibración ruidosas, o LFC estándar de baja frecuencia que pasan por los etalones de Fabry-Pérot para aumentar su rango espectral a expensas de la precisión. Por ejemplo, el instrumento HARPS en el telescopio de 3.6 m en el Observatorio Europeo Austral en Chile puede medir un desplazamiento Doppler causado por velocidades tan bajas como 30 cm / s. Mientras tanto, el ESPRESSO , que vio la primera luz del Very Large Telescope de ESO en diciembre de 2017, puede lograr una resolución espectral global de 10 cm / s. Ambos usan lámparas de torio-argón, así como LFC que pasan a través de los etalones de Fabry-Pérot.
Aunque el éxito del peine de frecuencia DKS también depende de la estabilidad del espectrómetro, tiene el potencial de medir los desplazamientos Doppler de solo unos pocos centímetros por segundo. Esto significa que, en principio, podría usarse para descubrir mundos potencialmente habitables que orbitan alrededor de estrellas similares al Sol.
"En el futuro esperamos aumentar el número de líneas LFC para alcanzar el nivel de 1 cm / s", dice Herr. "Sin embargo, antes de que la tecnología se pueda utilizar de manera rutinaria, hay una serie de desafíos tecnológicos que superar", agrega Herr. Entre estos obstáculos está la necesidad de aumentar el alcance del LFC para cubrir todas las bandas ópticas cercanas al infrarrojo y también la necesidad de hacer que la tecnología sea menos compleja y más fácil de usar para el uso rutinario.
Aplicaciones astronómicas
Sin embargo, dice Pepe, "instrumentos como el próximo espectrógrafo NIRPS , que se unirá a los HARP en el telescopio de 3.6 metros de ESO en 2019, posiblemente estarán equipados con LFC basados en esta nueva tecnología". En última instancia, la naturaleza compacta de la tecnología podría incluso verlo empleado en espectrómetros en misiones espaciales.
Más allá de la búsqueda de planetas, la nueva tecnología podría mejorar las mediciones de los desplazamientos al rojo de las galaxias, lo que ayudaría a proporcionar una medida más precisa de la energía oscura o la constante de Hubble. Mientras tanto, observando galaxias a diferentes distancias y midiendo cambios en líneas de emisión específicas que dependen directamente de las propiedades de las constantes fundamentales de la naturaleza, los cosmólogos buscan descubrir si estas constantes son realmente variables. Debido a que los cambios relacionados con las constantes variables, como la constante de estructura fina, son muy pequeños, es probable que un peine de frecuencia láser DKS sea la mejor manera de realizar estas mediciones.
El nuevo peine de frecuencia láser se describe en una preimpresión en arXiv .
Sobre el Autor
Keith Cooper es un escritor de ciencia con sede en el Reino Unido
