Pregunte a la mayoría de las personas qué necesitarían para encontrar planetas orbitando estrellas distantes, y muy pocos incluirán una botella de yodo.

Sin embargo, ese elemento juega un papel vital en la búsqueda de planetas extrasolares (exoplanetas) en forma de dispositivos llamados "células de absorción de yodo":cilindros de vidrio sellados del tamaño de una lata de sopa que contienen un gas delgado de moléculas de yodo.

Las propiedades ópticas del gas, medidas meticulosamente en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), sirven como un punto de referencia invariable para detectar fluctuaciones en la luz de estrellas remotas causadas por planetas en órbita. El análisis de esas fluctuaciones ha sido responsable del descubrimiento de más de 500 exoplanetas hasta ahora.

Cada celda debe calibrarse cuidadosamente de forma individual. "Llevo 15 años viniendo aquí, haciendo exactamente eso ", dijo el célebre cazador de exoplanetas Paul Butler de la Carnegie Institution de Washington, creador de la célula de yodo original. Lleva sus células al NIST para su calibración cada dos años; la última vez a principios de octubre, 2017:para verificarlos con el espectrómetro de transformada de Fourier (FTS) del NIST, que mide detalles espectrales con una precisión extremadamente alta.

El instrumento, que se encuentra dentro de una cámara de vacío tan grande como una camioneta de reparto, "sigue siendo el mejor FTS del mundo, "Dijo Butler.

El FTS se utiliza para muchas aplicaciones, incluido el soporte para uno de los dos métodos principales de detección de exoplanetas. La primera es observar una estrella y ver si su salida de luz se atenúa periódicamente cada vez que un planeta pasa frente a ella. Ese tipo de alineación es poco común, y se ve mejor con instrumentos espaciales como el telescopio Kepler.

Las calibraciones NIST impactan en el otro método, que se basa en el efecto Doppler. Eso es lo que hace que el tono de la sirena de una ambulancia se eleve cuando se acerca a usted. y caer mientras se aleja. El mismo efecto que se produce en las ondas sonoras puede estirar o comprimir las ondas electromagnéticas que componen el espectro de luz procedente de una estrella cuando se acerca o se aleja de la Tierra.

¿Por qué una estrella se movería así? La razón es que no es completamente cierto decir que un planeta orbita alrededor de una estrella. De hecho, ambos giran alrededor de su centro de masa común. (Ver animación). Cuanto más masivo es el planeta, cuanto mayor sea el movimiento de la estrella. Cuando la estrella se mueve hacia la Tierra, el espectro de la estrella se desplaza hacia longitudes de onda más cortas (más azules); cuando se aleja, el espectro se estira hacia longitudes de onda más largas (más rojas). Midiendo la cantidad y frecuencia de esos cambios Doppler, los científicos pueden determinar la existencia de un planeta a 100 años luz o más de distancia y calcular su masa.

Pero los efectos son extremadamente pequeños. Por ejemplo, La atracción gravitacional de la Tierra hace que el Sol, con una masa de 333, 000 veces mayor, y volumen 1,3 millones de veces más grande, para moverse unos 10 centímetros (4 pulgadas) por segundo. Los astrónomos no pueden medir un efecto tan pequeño, pero pueden medir estrellas que se mueven a solo 1 metro (39 pulgadas) por segundo. Si, es decir, tienen algo con lo que compararlo.

"La espectroscopia Doppler es una forma muy flexible de detectar planetas, "dijo la física del NIST Gillian Nave, quien gestiona la operación FTS. "Pero todo se mueve:la estrella, la tierra, su telescopio. Entonces, lo que necesitas es algo confiable referencia fija. Necesitamos poder medir el desplazamiento Doppler de la luz de la estrella a unas pocas partes en mil millones. Estás hablando de una estrella enorme que se mueve a la velocidad de alguien que camina ".

Una forma de hacerlo es comparar las variaciones en la luz de la estrella con un espectro de referencia bien definido, proporcionada por la luz emitida por lámparas especiales, a menudo calibradas en NIST, y luego enrutadas al instrumento de medición mediante fibra óptica.

La otra forma emplea células de yodo. Cuando se coloca entre un telescopio y un espectrógrafo, las moléculas de yodo absorben longitudes de onda específicas, restarlos de la luz entrante de la estrella. Ese espectro de absorción, que se conoce exactamente a partir de la calibración, no cambia mientras se producen cambios Doppler en la luz de la estrella a lo largo del tiempo. Una vez calibrado, una celda puede servir como referencia en el telescopio durante décadas.

El yodo se adapta bien a la tarea porque tiene un solo isótopo natural, da líneas muy definidas, y absorbe longitudes de onda en el rango visible de verde a naranja donde el movimiento estelar es fácilmente detectable. "Es este bosque increíblemente intenso de miles de líneas, "Dijo Butler.

En el FTS del NIST, la luz de la estrella se reemplaza por la luz de una lámpara de xenón de alta intensidad, produciendo un espectro de luz blanca sin líneas nítidas. Todos los detalles espectrales resultan de la absorción de yodo, no la fuente de fondo. La fuente de luz se filtra hasta la región de las líneas de yodo, reduciendo el ruido en el resultado final. Luego pasa a través de la celda al FTS, que puede registrar las posiciones de las líneas espectrales en unas pocas partes en mil millones. Cada celda tarda aproximadamente 30 minutos en medirse. Las células caracterizadas por NIST se han enviado a telescopios en Hawái, Chile, y Australia, con algunas de las nuevas células yendo a un telescopio en Sudáfrica.

"No sé exactamente cuántos planetas he descubierto, "Butler dijo, "Son varios cientos". Y todavía está buscando más en varios telescopios equipados con sus células de absorción de yodo.

"Pero, " él dijo, "estas cosas no funcionan sin la magia de Gillian".