p Pergunte à maioria das pessoas o que eles precisam para encontrar planetas orbitando estrelas distantes, e muito poucos listarão uma garrafa de iodo. p Ainda assim, esse elemento desempenha um papel vital na busca de planetas extrasolares (exoplanetas) na forma de dispositivos chamados "células de absorção de iodo":cilindros de vidro selados do tamanho de uma lata de sopa contendo um gás fino de moléculas de iodo.

p As propriedades ópticas do gás - medidas meticulosamente no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) - servem como uma referência invariável para detectar flutuações na luz de estrelas remotas causadas por planetas em órbita. A análise dessas flutuações foi responsável pela descoberta de mais de 500 exoplanetas até agora.

p Cada célula deve ser cuidadosamente calibrada individualmente. “Venho aqui há 15 anos, fazendo exatamente isso ", disse o famoso caçador de exoplanetas Paul Butler, da Carnegie Institution of Washington, criador da célula de iodo original. Ele traz suas células para o NIST para calibração a cada dois anos - mais recentemente, no início de outubro, 2017 - para que sejam verificados com o espectrômetro de transformada de Fourier do NIST (FTS), que mede detalhes espectrais com precisão extremamente alta.

p O instrumento, que fica dentro de uma câmara de vácuo tão grande quanto uma van de entrega, "ainda é o melhor FTS do mundo, "Butler disse.

p O FTS é usado para muitas aplicações, incluindo suporte para um dos dois principais métodos de detecção de exoplanetas. A primeira é observar uma estrela e ver se sua emissão de luz diminui periodicamente sempre que um planeta passa na frente dela. Esse tipo de alinhamento é raro, e melhor visto a partir de instrumentos baseados no espaço, como o telescópio Kepler.

p As calibrações NIST impactam o outro método, que depende do efeito Doppler. Isso é o que faz o tom de uma sirene de ambulância aumentar quando se aproxima de você, e caia à medida que se afasta. O mesmo efeito que ocorre nas ondas sonoras pode esticar ou comprimir as ondas eletromagnéticas que compõem o espectro de luz proveniente de uma estrela quando ela se aproxima ou se afasta da Terra.

p Por que uma estrela se moveria assim? A razão é que não é totalmente verdade dizer que um planeta orbita uma estrela. Na verdade, ambos giram em torno de seu centro de massa comum. (Veja a animação.) Quanto maior a massa do planeta, quanto maior o movimento da estrela. Quando a estrela está se movendo em direção à Terra, o espectro da estrela é desviado para comprimentos de onda mais curtos (mais azuis); quando está se afastando, o espectro é estendido para comprimentos de onda mais longos (mais vermelhos). Ao medir a quantidade e a frequência dessas mudanças Doppler, os cientistas podem determinar a existência de um planeta a 100 ou mais anos-luz de distância e calcular sua massa.

p Mas os efeitos são extremamente pequenos. Por exemplo, A atração gravitacional da Terra faz com que o Sol - com massa 333, 000 vezes maior, e volume 1,3 milhão de vezes maior - para se mover cerca de 10 centímetros (4 polegadas) por segundo. Os astrônomos não podem medir um efeito tão pequeno, mas podem medir estrelas que se movem a apenas 1 metro (39 polegadas) por segundo. Se, isso é, eles têm algo para comparar.

p "A espectroscopia Doppler é uma maneira muito flexível de detectar planetas, "disse o físico do NIST Gillian Nave, quem gere a operação do FTS. "Mas tudo está se movendo - a estrela, a Terra, seu telescópio. Então, o que você precisa é de algum confiável, referência fixa. Precisamos ser capazes de medir o deslocamento Doppler da luz da estrela para algumas partes em um bilhão. Você está falando sobre uma grande estrela se movendo na velocidade de alguém andando. "

p Uma maneira de fazer isso é comparar as variações na luz da estrela a um espectro de referência bem definido, fornecida pela luz emitida por lâmpadas especiais - geralmente calibradas no NIST - e então encaminhadas para o instrumento de medição por fibra óptica.

p A outra forma emprega células de iodo. Quando colocado entre um telescópio e um espectrógrafo, as moléculas de iodo absorvem comprimentos de onda específicos, subtraindo-os da luz incidente da estrela. Esse espectro de absorção - que é conhecido exatamente a partir da calibração - não muda enquanto os desvios Doppler ocorrem na luz da estrela ao longo do tempo. Depois de calibrado, uma célula pode servir de referência no telescópio por décadas.

p O iodo é adequado para a tarefa porque tem apenas um isótopo que ocorre naturalmente, dá linhas bem definidas, e absorve comprimentos de onda na faixa visível de verde a laranja, onde o movimento estelar é prontamente detectável. "É apenas uma floresta incrível e intensa de milhares de linhas, "Butler disse.

p No FTS do NIST, a luz da estrela é substituída pela luz de uma lâmpada de xenônio de alta intensidade, produzindo um espectro de luz branca sem linhas nítidas. Todos os detalhes espectrais resultam da absorção de iodo, não a fonte de fundo. A fonte de luz é filtrada até a região das linhas de iodo, reduzindo o ruído no resultado final. Em seguida, passa pela célula para o FTS, que pode registrar as posições das linhas espectrais em algumas partes em um bilhão. Cada célula leva cerca de 30 minutos para medir. Células caracterizadas pelo NIST foram enviadas para telescópios no Havaí, Chile, e Austrália, com algumas das novas células indo para um telescópio na África do Sul.

p "Não sei exatamente quantos planetas descobri, "Butler disse, "são várias centenas." E ele ainda está procurando por mais em vários telescópios equipados com suas células de absorção de iodo.

p "Mas, " ele disse, "essas coisas não funcionam sem a magia de Gillian."