Iniciando con la captura de espectros

No, no me volví un cazafantasmas, con espectro me refiero a la decomposición de la luz de los objetos astronómicos (tenía que iniciar el tema con un mal chiste, inevitable 😀 ). Al descomponer la luz de una estrella, se obtiene muchísima información a partir de las líneas de absorción y emisión: composición química, velocidad, intensidad de campos magnéticos, etc. La espectroscopía es la espina dorsal de la astrofísica. Con estas notas pretendo compartir mis experiencias, frustraciones y experimentos al tratar de capturar espectros y -más adelante-, extraer información útil de estos, empezando por la identificación de líneas.

Para descomponer la luz, se usa ya sea un prisma, o una rejilla de difracción. En mi caso uso lo segundo. Conseguí una barata en ebay para iniciar experimentos, básicamente es una lámina de plástico, con 1000 rayas por milímetro. Al pasar la luz por este material, se descompone. La idea es montar esta rejilla en el anillo con rosca de un filtro de color de los que nunca uso, para que sea fácilmente acoplable a la webcam o a la DSLR (para esta última, tuve que comprar un adaptador de 1.25″ compatible con el anillo del filtro).

Montaje de la rejilla

El primer obstáculo que noté con está lámina, es que el espectro se crea muy lejos del objeto (digamos, la estrella), quedando fuera del campo de visión. Al parecer (aunque me falta leer más al respecto) se debe a la cantidad de líneas por milímetro. Existe un filtro comercial llamado StarAnalyzer muy usado en Europa que usa una rejilla de 100 líneas por milímetro, y al parecer el espectro se crea muy cerca del objeto. No he logrado conseguir ningún proveedor que ofrezca el material con esa característica. La menor cantidad de rayas por milímetro en lámina que venden es 500.

Experimentando para tratar de resolver el problema, superpuse 2 capas de material, y al alinearlas de cierta forma, cerca del objeto (lo suficiente para entrar en el campo de visión de la cámara) se crea un espectro «secundario», casi un reflejo del principal. Eso se notaba fácilmente al mirar una bombilla fluorescente a través de ambas láminas. Este espectro «secundario» es muchísimo menos intenso y extendido que el primario (se ve como comprimido), pero algo es algo. La situación la ilustro en la siguiente imagen:

 

Ilustración de espectro con las 2 capas de material usado

Como ven, en realidad lo que capto es un reflejo. Muy por debajo del objeto luminoso (estrella por ejemplo) está el espectro principal con todo el brillo. Si se apunta hacia una lámpara de alumbrado público, se ven perfectamente las líneas de emisión. Como usé 2 capas, se ven 2 espectros principales que forman un ángulo de unos 20 grados. Si se alinean las 2 capas de manera tal que los dos espectros es superpongan (que el ángulo sea de 0 grados), el espectro secundario cercano al objeto luminoso (el «capturable») desaparece. Si se abre el ángulo entre los espectros principales, el espectro secundario se aleja de la fuente luminosa, quedando fuera del campo de visión. La alineación de las capas debe ser, por tanto, muy precisa (me tomó varias horas de pruebas llegar al mejor valor posible). Claramente esto no es lo óptimo, y con una sola capa debería ser capaz de ver el espectro principal cerca de la fuente de luz. Pero por ahora, está fuera de mi alcance y tengo que trabajar con lo que tengo.

Una vez lograda la alineación, procedí al montaje de las láminas en el filtro de color. Desenrosqué el filtro (del lado interno del anillo tiene 2 pequeñas ranuras que pueden usarse para desenroscar un anillo interno que sostiene el vidrio del filtro), saqué el vidrio y coloqué las 2 láminas (previamente cortadas en forma circular con la misma medida), y volví a colocar el anillo. El resultado se asemeja mucho al filtro comercial.

 

Rejilla de difracción montada sobre anillo de filtro de color

Captura

Montado el filtro, empecé con las pruebas de captura. Primero con la Pentax a foco primario y en tomas de entre 10 y 15 segundos (suficiente para obtener un colorido espectro de las estrellas más brillantes). Primer problema: enfoque. El punto focal un poco más adentro del máximo acercamiento que me permite el enfocador del telescopio, por lo que las estrellas me quedan ligeramente desenfocadas (más tarde pude resolver esto parcialmente usando un barlow 2x). Aún así, puede verse el espectro a ambos lados de la estrella (recordar que este es en realidad el espectro «secundario», el principal se vería mucho más brillante y largo). Por ejemplo, así se ve el espectro de la estrella Arturo.

 

Descomposición de la luz de la estrella Arturo.

También es posible utilizar la webcam (sin modificar para larga exposición) para capturar el espectro de estrellas brillantes. La técnica es básicamente la misma que he utilizado para planetaria. Se hace un video, en mi caso, con los parámetros al máximo (exposición máxima de la SPC-900 de 1/25 segs, ganancia, y a 5 frames por segundo). Así se ve un frame individual:

 

Frame individual de espectro de Arturo con webcam

y así se ve luego del apilado con Registax:

 

Espectro de Arturo con webcam luego de apilado

Si ven esta última imagen en tamaño completo, notarán claramente líneas de emisión! ¡Misión cumplida! Con esto logré demostrarme a mi mismo la viabilidad de la captura de espectros, aunque aún no he hecho las capturas con el suficiente cuidado y detalle para poder hacer análisis con software especializado.

El siguiente paso es girar la imagen de forma tal que el espectro quede lo más horizontal posible, y luego copiar y ampliar solo la parte del espectro, para poder ver más claramente las líneas, aunque hay pérdida de calidad de la imagen. Aquí algunos espectros sacados de esa forma:

Espectro de Arturo

Espectro de Sirio (con DSLR)

Espectro de Saturno

Esos han sido mis primeros resultados, apenas pruebas preliminares de factibilidad, pero que demuestran que es posible hacerlo. Aspectos a mejorar:

• Conseguir otra lámina de rejilla de difracción con menos líneas por milímetro para ver si se puede usar una sola capa y que el espectro de proyecte lo suficientemente cerca de la fuente de luz.
• Intentar capturar el espectro de la luna, sin telescopio, colocando la rejilla de difracción directamente frente a la cámara.
• Perfeccionar el alineado del telescopio para poder hacer tomas de más exposición.
• Hacer capturas lejos de las luces de la ciudad para evitar potencial contaminación en los espectros.

Conforme avance en mis pruebas, publicaré los resultados.