Detección de planetas
Composición del espectro tomado con dos sistemas LFC (Laser Frequency Comb) acoplados al instrumento HARPS instalado en el telescopio 3,6m del Observatorio de La Silla (ESO, Chile). Crédito: ESO/C. Madsen

Se basa en un sistema de calibración denominado ‘peine de frecuencias láser’. Su importancia radica en el alto nivel de precisión, lo cual podría resultar clave para la detección de planetas como la Tierra. Y ya ha sido probado con éxito por parte de un equipo científico liderado por el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, con la participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

El mencionado método de calibración, el “peine de frecuencias láser”, es una técnica que recibió el premio Nobel de Física de 2005, demostrando una precisión a corto plazo sin precedentes. John Hall y Theodor Hänsch concibieron la tecnología LFC y “su aplicación posterior en astrofísica ha permitido el desarrollo de esta técnica llamada a ser revolucionaria para la espectroscopía de alta precisión y en la búsqueda de planetas tipo Tierra”, tal y como señalaba en su día la Agencia Sinc.

A la distancia exacta

La búsqueda de exoplanetas cada vez está más cerca del objetivo de encontrar un planeta como la Tierra orbitando una estrella como el Sol en su zona de habitabilidad, es decir, a la distancia necesaria, ni demasiado cerca ni demasiado lejos, para que en su superficie pueda existir agua líquida.

Un planeta en órbita produce un tirón gravitacional en su estrella que da como resultado un pequeño movimiento que los astrónomos pueden detectar a través de leves cambios en el espectro de la estrella. Está técnica de detección de planetas se conoce como método de velocidad radial y permitió el descubrimiento del primer exoplaneta orbitando una estrella parecida al Sol, cuyos autores han sido galardonados recientemente por el premio Nobel de Física de 2019.

Precisión y estabilidad a largo plazo

“La búsqueda de exoplanetas mediante la técnica de velocidad radial nos ha permitido encontrar planetas grandes, como Júpiter, en órbitas largas, es decir, que el planeta tarda bastante tiempo, del orden de cientos de días a años, pero no nos ha permitido encontrar de momento planetas pequeños como la Tierra en órbitas largas”, afirma Jonay González Hernández, investigador Ramón y Cajal del IAC y coautor del artículo publicado en la revista Nature Astronomy. 

Tal y como explica este investigador en declaraciones a Innovaspain, Júpiter tiene una masa de 318 veces la de la Tierra y ejerce un tirón gravitatorio sobre el Sol de 12 m/s y tarda unos 12 años, es decir, un período orbital de 12 años, en realizar una órbita en torno al Sol. La Tierra, sin embargo, tiene un período de un año y su tirón gravitatorio sobre el Sol es de 9 cm/s. “Es decir, su señal es débil y para medirla se necesita un instrumento muy preciso a largo plazo”.

“Para poder medir la órbita de período largo de un planeta necesitas un instrumento estable a largo plazo –continúa–. Y si además el planeta es pequeño, necesitas que ese nivel de precisión se mantenga durante un intervalo de tiempo muy largo; en el caso de la Tierra, del orden de años para medir varias órbitas”.

Lo que han demostrado en este trabajo es que ya han alcanzado “la precisión a corto plazo para descubrir otras tierras”. Sin embargo, advierte González Hernández, “para poder detectar un gemelo de la Tierra (una tierra en la zona de habitabilidad de otra estrella similar a Sol) necesitamos demostrar que esa estabilidad se mantiene a largo plazo”.

Comparación de sistemas

“Uno de los tests que hemos llevado a cabo es la observación de la luz del Sol reflejada en Ceres, planeta enano del Sistema Solar”, indica Borja Toledo Padrón, estudiante de doctorado Severo Ochoa-LaCaixa del IAC y también coautor de la investigación.

“A pesar de muchos efectos que conocemos en este planeta enano, hemos podido medir la velocidad absoluta con una precisión de 3 metros por segundo; esto demuestra la precisión de este sistema de calibración”, concluye.

Para realizar este trabajo, en el que también han participado los investigadores del IAC Rafael Rebolo y Alejandro Suárez Mascareño, ha sido necesario comparar dos sistemas LFC (acrónimo de Laser Frequency Comb) acoplados al instrumento HARPS que opera en el telescopio de 3,6 m del Observatorio Europeo Austral (ESO) en el Observatorio La Silla en Chile.

La campaña ha confirmado la alta estabilidad y precisión del sistema LFC para la detección de planetas, lo que revela su verdadero potencial para la espectroscopía astronómica de mayor sensibilidad y proporciona una herramienta ideal para la búsqueda de exoplanetas similares a la Tierra.

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