Espectros en astronomía
El nombre “ESPARTACO” es un acrónimo de “Espectrógrafo de Alta Resolución para Trabajos Astronómicos en Colombia”. Este espectrógrafo fue construido en la Universidad de los Andes por el profesor Benjamín Oostra del Departamento de Física.
Espartaco ofrece una valiosa oportunidad para que los estudiantes puedan incursionar en la realización de interesantes proyectos de observación astronómica. Dentro de la gama de posibles temas que pueden desarrollar está el estudio de las estrellas binarias, las oscilaciones radiales de estrellas variables, la rotación del Sol, traslación y rotación de la Tierra, los planetas extrasolares, mediciones de la abundancia química, la clasificación espectral de estrellas, y el seguimiento de líneas de emisión en las estrellas tipo Be. Su alta resolución permite medir con precisión las velocidades de algunos objetos, mediante el efecto Doppler. Además de su aplicación al estudio astronómico, el instrumento permite observar fenómenos interesantes en espectros de laboratorio, como el efecto Zeeman y la estructura fina atómica.
Los estudios con mediciones espectroscópicas han sido nuestra alternativa más utilizada en los últimos años para trabajos que involucran observaciones astronómicas, en especial debido a las condiciones atmosféricas en nuestro campus, las cuales limitan seriamente la posibilidad de realizar trabajos únicamente fotométricos. Este hecho ha servido de impulso para el desarrollo de varios espectrógrafos en este observatorio.
Hubo varias consideraciones importantes para el diseño del actual espectrógrafo ESPARTACO, dos de las principales fueron: lograr una alta resolución y estabilidad mecánica, con el fin de mejorar la medición Doppler y la separación de línea espectral dada por nuestro equipo anterior. Aunque el equipo alcanzaba una resolución de R = λ / Δλ ≈ 6000, éste carecía de la estabilidad mecánica deseada por el tipo de acople directo que el instrumento tenía al telescopio.
Otra de las consideraciones era que el instrumento tenía que ser de bajo costo, porque nuestra atmósfera turbulenta y con alta contaminación lumínica no justifica grandes inversiones en equipo astronómico. Igualmente, se quería que el instrumento fuera fácil de manejar y muy confiable, ya que particularmente en el caso de la astronomía, el buen tiempo de observación es escaso y no puede ser desperdiciado. Por último, debido a que el observatorio es relativamente pequeño, el instrumento debía ocupar poca superficie.
En la figura 1 se puede ver que el arreglo en general de ESPARTACO tiene un diseño en “X”, en parte para optimizar el espacio físico que ocupara el instrumento e igual lograr una mayor distancia focal y resolución. El espectrógrafo utiliza fibras ópticas, rejillas de difracción reflectivas, espejos parabólicos para el colimador y la cámara y un sensor CCD.
Las dos fibras ópticas de ESPARTACO conducen la luz directamente al colimador, sin una rendija. Una tiene 50 µm de diámetro y la otra 10 µm. Las imágenes de ambas caen simultáneamente en la cámara, de modo que, una de ellas puede ser utilizada como una referencia de longitud de onda para espectros tomados con la otra. Respecto al poder de resolución en función de las fibras ópticas, se tiene que si las líneas espectrales están apropiadamente enfocadas, la fibra de 50 µm produce una resolución de 65000, mientras que la de 10 µm produce una resolución de 100000.
Las rejillas de difracción del tipo reflectivas trabajan en primer orden. El instrumento tiene lugar para un total de ocho rejillas de 50 mm² (cuadradas, de 50 mm por 50 mm). Las dos rejillas que están actualmente instaladas tienen densidades de 1200 y 2400 líneas/mm y generan espectros que abarca un intervalo de 10 nm y 5 nm respectivamente.
Tanto el colimador y cámara usan espejos parabólicos: el del colimador tiene 17 cm de diámetro y una longitud focal de 127 cm. El de la cámara es más ancho, tiene 20 cm de diámetro y 91 cm de longitud focal. Por último, el CCD abarca 1530 por 1020 píxeles, siendo de cada píxel de 9 µm². Los espectros se alinean con el eje más largo del sensor y dependiendo de la rejilla que se utilice, los espectros son 50 o 100 Angstrom de largo. La temperatura del chip se mantiene típicamente a 10° C bajo cero por un elemento Peltier apoyado por de enfriamiento de aire.
En el caso de requerir información adicional de este equipo, como sus detalles de construcción, calibración, primeros resultados y estabilidad, ingresar a la sección de Documentación y descargar el artículo del espectrógrafo ESPARTACO.
