Los investigadores han desarrollado un nuevo instrumento que puede analizar la luz reflejada por materiales muy pequeños o extremadamente oscuros, como algunas muestras de meteoritos y VANTABlack, la sustancia más oscura creada por el hombre. El instrumento ya está revelando nueva información sobre estas y otras superficies difíciles de analizar.
El uso de la espectroscopia para medir cómo se refleja la luz en una superficie puede proporcionar información sobre las propiedades físicas y químicas de un material de muestra. Sin embargo, Las muestras extremadamente oscuras o pequeñas como las de los meteoritos dificultan este tipo de análisis porque reflejan muy poca luz.
En la revista The Optical Society (OSA) Óptica aplicada , primera autora Sandra Potin y colegas del Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble (IPAG), Universidad Grenoble Alpes en Francia, informan que su nuevo instrumento, llamado SOMBRAS, se puede utilizar para espectroscopia de reflectancia de muestras que miden menos de un milímetro en cubos y que reflejan menos del 0,03 por ciento de la luz que ilumina la muestra.
El nuevo instrumento se puede utilizar para comprender mejor la composición de los meteoritos e identificar el asteroide o cometa del que se originaron. También se puede utilizar para analizar superficies en naves espaciales, donde se utilizan revestimientos muy oscuros para reducir la luz parásita o eliminar el calor de la instrumentación utilizada en el espacio.
Mejorando la sensibilidad
El instrumento de espectroscopia creado por los investigadores se conoce como radiómetro espectro-gonio, que funciona iluminando una muestra desde una dirección precisa y luego detectando la luz reflejada desde una dirección diferente. Este enfoque se conoce como espectroscopia de reflectancia bidireccional porque calcula la reflectancia de un material en función de la dirección de la luz de iluminación y la dirección desde la que se detecta la luz reflejada. Los espectros producidos por esta medición son como una huella digital que se puede utilizar para determinar la composición de una muestra.
Los investigadores comenzaron con un radiómetro que desarrollaron previamente para grandes, muestras brillantes y trabajó para mejorar su sensibilidad reduciendo la iluminación a un diámetro de alrededor de 5,2 mm. El punto de iluminación se puede hacer aún más pequeño para mapear superficies heterogéneas, como una superficie que contiene múltiples tipos de materiales.
"El instrumento tiene una muy buena relación señal / ruido porque usamos lo que llamamos detección síncrona, "dijo Potin." Esto significa que en lugar de usar luz continua, iluminamos las muestras con pulsos de luz a una frecuencia muy precisa. Al vincular los dos detectores del radiómetro a esta frecuencia, todo lo que no sea luz reflejada de la muestra puede eliminarse de la medición ".
El nuevo instrumento utiliza varios colores de luz y mueve la fuente de luz y el detector alrededor de la muestra para medir la luz proveniente y reflejada en múltiples direcciones. La información obtenida de las diversas direcciones y colores de la luz se utiliza para construir un mapa angular en 3D del reflejo de la luz de la muestra que puede proporcionar aún más información sobre la muestra.
Amplia gama de temperaturas
Otro aspecto del nuevo instrumento es que se puede utilizar para analizar muestras a -20 grados C hasta 250 grados C, con planes para operar a temperaturas aún más bajas, hasta -210 grados C. Esto es importante porque la temperatura de la muestra puede cambiar los espectros obtenidos con el instrumento.
"Algunos asteroides están muy lejos del sol y, por lo tanto, son bastante fríos, pero cuando un cometa se acerca al sol, hace mucho calor, "dijo Potin." Si estamos tratando de comparar muestras de meteoritos encontradas en la Tierra con espectros obtenidos de asteroides en el espacio, necesitamos tomar las medidas en un rango muy amplio de temperaturas ".
Los investigadores utilizaron SHADOWS para tomar medidas de una muestra de VANTABlack, que es una sustancia química hecha de nanotubos de carbono cultivados en papel de aluminio. Los espectros de este material obtenidos con el nuevo instrumento parecían completamente diferentes a los adquiridos por otras técnicas de espectroscopia porque incluía información tomada de diferentes direcciones.
"Al personalizar el análisis espectral bidireccional para superficies muy oscuras, nuestro nuevo enfoque puede revelar información estructural que no se ha observado con otros tipos de mediciones, "dijo Potin.
Los investigadores dicen que ahora están trabajando para realizar mejoras en el instrumento, incluida la incorporación de medidas de polarización para proporcionar aún más información sobre las muestras analizadas. El instrumento está disponible para su uso por investigadores en Europa a través de la actividad Trans National Access del programa Europlanet 2020-RI.
