NUOVA TECNOLOGIA SVILUPPATA IN GERMANIA

Esopianeti: caccia a colpi di laser

La caccia ai pianeti simili alla Terra in orbita attorno a stelle lontane potrebbe presto diventare più semplice grazie a una tecnica che combina la tecnologia laser alle ottiche dei telescopi solari

Il telescopio solare del Kiepenheuer Institute a Tenerife. Crediti: Pascalou Petit.

Il telescopio solare del Kiepenheuer Institute a Tenerife. Crediti: Pascalou Petit.

Si chiama Laser Frequency Comb (LFC) e combinato con un telescopio solare permette di ottenere analisi spettrali di una stella con un livello di precisione che non ha precedenti, una novità importante per i cacciatori di esopianeti che grazie a questa innovazione potrebbero avere gioco facile. La ricerca, appena pubblicata sul tedesco New Journal of Physics, porta le firme dei ricercatori del Max Planck Institute of Quantum Optics, del Kiepenheuer Institute for Solar Physics e dell’Università di Monaco.

LFC è uno strumento che misura colore, frequenza, luce. Ricavato dalla tecnologia laser emette impulsi di luce in maniera continuativa e in milioni di colori diversi andando a coprire quasi la totalità dello spettro visibile. Quando i diversi colori vengono separati in singole frequenze si forma un grafico a pettine. I denti di questo pettine possono essere poi utilizzati come una sorta di righello, buono per misurare con precisione le frequenze di luce di una vasta gamma di sorgenti, fra cui atomi e stelle lontane.

Nello studio i ricercatori hanno eseguito un’analisi della nostra stella, il Sole, combinando la tecnologia del telescopio solare del Kiepenheuer Institute a Tenerife con uno strumento LFC. Entrambe le sorgenti di luce raccolte sono state iniettate in una singola fibra ottica poi analizzata in spettrografia.

«Ci serviamo di una fibra monomodale, che sfrutta la natura ondulatoria della luce e ottiene un fascio molto pulito in uscita», spiega Rafael Probst del Max Planck Institute of Quantum Optics. «Questo tipo di fibra è piuttosto diffusa nelle applicazioni laser, ma le sue applicazioni in astronomia sono tutte da immaginare. L’installazione di LFC al telescopio solare di Tenerife è la prima nel suo genere».

La precisione dello strumento risulta migliorata di un fattore 100. Un dato che apre scenari inesplorati, non tanto per lo studio del Sole che è così vicino alla Terra, quanto per tutte quelle stelle molto più lontane e attorno alle quali ci aspettiamo di trovare pianeti simili alla Terra.

Sappiamo che quando vogliamo individuare un esopianeta la stella ospite si muove in piccoli cerchi o ellissi. Queste lievi variazioni di velocità causano un cambiamento nello spettro luminoso della stella che gli astrofisici chiamano spostamento Doppler. Se la stella si sta muovendo verso l’osservatore, lo spettro appare leggermente spostato verso il blu, se si allontana lo spostamento è verso l’estremità rossa dello spettro.

LFC premetterà ai ricercatori di misurare questi cambiamenti con una precisione insperata, aumentando di fatto le possibilità di avvistare una Terra aliena, potenzialmente abitabile. Se con le tecniche convenzionali di calibrazione, i ricercatori possono misurare una variazione di velocità di circa 1 metro al secondo su grandi periodi di tempo, con LFC sarà possibile misurare variazioni di 1 cm/s.

“Per rivelare la presenza di un pianeta come la Terra – dice Stefano Cristiani dell’INAF e responsabile del programma ESPRESSO – che ruoti attorno a una stella come il Sole a una  distanza tale da permettere lo sviluppo della vita (nella cosiddetta “zona abitabile”) è necessaria una precisione straordinaria, dell’ordine della decina di centimetri al secondo, che corrispondono a spostamenti infinitesimi, qualche miliardesimo di metro, sui  rivelatori degli spettrografi che studiano questi fenomeni. Questo è il motivo per cui lo strumento ESPRESSO, che lavorerà al fuoco Coudé delle quattro unità dell’ESO VLT, sulle Ande cilene, sarà equipaggiato con un Laser Frequency Comb, appositamente sviluppato, capace di raggiungere la fantastica accuratezza di una parte su cento miliardi. Nel futuro, quando sarà operativo il telescopio E-ELT con uno specchio primario di 39 metri di diametro, la precisione dei Laser Frequency Comb ci permetterà di misurare direttamente la variazione nel tempo della velocità di espansione dell’Universo “.

“Anche al Telescopio Nazionale Galileo – aggiunge Emilio Molinari direttore del TNG – la tecnologia del Laser Frequency Comb e’ in pieno sviluppo. Una collaborazione tra il Consorzio Harps-N (IT, CH, USA, UK) e l’Universta’ di Harvard (USA) ha costruito e integrato nel sistema dello spettrografo Harps-N un Laser Comb per la calibrazione delle velocità radiali misurate. Mentre con la tradizionale lampada al Torio-Argon possiamo raggiungere una accuratezza di poco meno di 1 m/s, con il nostro LaserComb abbiamo finora raggiunto una stabilita’ interna di 12 cm/s. E’ come avere ora tutte le pietre miliari lunga una autostrada ben posizionate ogni km invece di qualche postazione messa a caso, per es. un paio alla distanza di dieci chilometri e poi piu’ nulla per cento. Insieme a David Phillips abbiamo applicato questa tecnica anche al Sole, grazie e un piccolo telescopio che di giorno somma la luce di tutto il disco solare: l’intento e’ di simulare le performance del nostro spettrografo sugli exoplanets osservando la nostra propria stella. Ancora nella sua fase sperimentale, il LaserComb del TNG sta ora puntando all’automazione piu’ spinta per poterlo offrire di serie nelle osservazioni con Harps-N, grazie anche a un nuovo finanziamento INAF nell’ambito del progetto premiale WOW”.