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Tecnologia de laser vencedora do Prêmio Nobel ajuda a encontrar planetas parecidos com a Terra

30 de Maio de 2012

A nova tecnologia de pente de frequência laser (eso0826) [1] está sendo testada com o localizador de planetas HARPS [2] no telescópio de 3,6 metros do ESO no Observatório de La Silla no Chile. Pentes de frequência laser forneceram fontes de luz de referência com estabilidade extraordinária e tem o potencial para permitir que o HARPS e instrumentos similares façam medidas muito mais precisas do que é possível atualmente [3]. Espera-se que esta nova técnica seja uma ferramenta revolucionária para a comunidade astronômica e ajudará os astrônomos a encontrar planetas parecidos com a Terra em zonas habitáveis em torno de estrelas próximas. Os resultados serão apresentados em um artigo na edição da Nature de 31 de maio de 2012.

Uma equipe de cientistas do ESO, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ, Garching, Alemanha) e do Instituto de Astrofísica de Canárias (IAC, Tenerife, Espanha) – liderados por Tobias Wilken, um pesquisador do MPQ – utilizaram pentes de frequência para realizar uma observação teste com o HARPS. Quando utilizando o novo pente de laser, a precisão atingível das medidas melhorou por um fator de pelo menos quatro, quando comparados com o limite alcançado utilizado a tecnologia antiga de lâmpadas catódicas ocas.

Ao aplicar esta técnica pela primeira vez com o HARPS, eles mapearam a orbita do planeta conhecido orbitando a estrela HD75289. Estas medidas foram consistentes com resultados anteriores, mostrando a robustez desta ferramenta para o uso nas próximas gerações de espectrógrafos.

O pente de frequência que foi testado é um protótipo de um sistema que está sendo desenvolvido por uma colaboração entre ESO, MPQ, Menlo Systems GmbH (Alemanha), o IAC e a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Brasil). O pente de frequência será instalado para operações de rotina no HARPS em um futuro próximo.

Diversas áreas importantes da pesquisa astronômica serão beneficiadas por essa técnica inovadora, principalmente na detecção de planetas parecidos com a Terra. Um dos métodos mais bem sucedidos para encontrar planetas orbitando outras estrelas é medindo o efeito do planeta no movimento da estrela, ao procurar por pequenas mudanças no padrão das linhas espectrais da estrela devido ao efeito Doppler [4]. Estas mudanças são medidas relativamente a uma luz de referência que precisa ser extremamente estável. O pente de frequência laser oferece uma fonte significativamente mais estável que qualquer outra disponível anteriormente. Isto significa que as medidas de velocidades a nível de centímetros por segundo podem ser alcançadas.

Se um observador em qualquer lugar da Galáxia quisesse detectar a presença da Terra em sua órbita ao redor do Sol, eles teriam que medir a oscilação do Sol para trás e para frente durante um ano com um equipamento que fosse sensível o suficiente para medir as mudanças de velocidade com uma amplitude de apenas 9 centímetros por segundo. Isso significa que a utilização de pentes de frequência laser tornarão possível a detecção de planetas de uma massa terrestre em zonas habitáveis ao redor de estrelas próximas através da técnica de velocidade radial. Tais planetas estão entre os melhores candidatos para suportar a vida fora do sistema solar.

Olhando ainda mais a frente, quando a próxima geração de telescópios terrestres estiver disponível, como o E-ELT, pentes de frequência laser tornar-se-ão uma ferramenta vital para prover medidas diretas da aceleração da expansão do Universo.

Notas

[1] O pente de frequência laser é uma fonte de luz coerente, emitindo uma linha de espectro estreita, cuja frequência está no regime de rádio e está exatamente igual por todo seu comprimento, como um espectro em forma de pente. Eles são tão precisos e estáveis como o relógio atômico ao qual são estabilizados. O desenvolvimento do primeiro pente de frequência foi alcançado separadamente por ambos os grupos do T.W. Hänsch no Instituto Max Planck de Óptica Quântica e o J.L. Hall no United States National Institute of Standards and Technology. Isto permitiu a medição de transições em sistemas atômicos e moleculares com precisão sem precedentes. Em reconhecimento a esta realização, T.W. Hänsch e J.L. Hall receberam o Premio Nobel em Física de 2005, a outra metade foi concedida a R.J. Glauber.

[2] High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, sigla em Inglês para Buscador de Planetas por Velocidade Radial de Alta Precisão.

[3] O espectro do pente de frequência é injetado em um espectrógrafo como o HARPS aparece como um conjuto de intensidade igual, linhas de emissão igualmente espaçadas, oposto ao que comumente observado em lâmpadas catódicas ocas, onde as linhas são definidas por transições atômicas e, portanto, seu espaçamento e intensidades não são ajustáveis.

[4] O efeito Doppler é a mudança na frequência de onda para um observador que se move relativamente a fonte da onda. O espectro astronômico é composto por diversas linhas espectrais de diferentes elementos químicos a frequências bem definidas. O efeito Doppler é reconhecível pois estas linhas nem sempre estão nas frequências que foram obtidas do espectro de luz da fonte estacionária. Ao utilizar esta técnica, é possível reconstruir a orbita de exoplanetas em torno de estrelas distantes.

Links

Contatos

Gaspare Lo Curto
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6346
Email: glocurto@eso.org

Tobias Wilken
Max Planck Institute of Quantum Optics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 32905 285
Email: tobias.wilken@mpq.mpg.de

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O pente de frequência laser
O pente de frequência laser