1. Planetas extrasolares

En 1995 se halló el primer planeta en una estrella parecida al Sol. Desde entonces, la búsqueda de planetas más allá del Sistema Solar ha sido intensa, y ya se cuentan más de dos mil planetas extrasolares, algunos de ellos formando sistemas planetarios. Sin embargo, la mayoría son gigantes gaseosos similares a Júpiter que giran en órbitas extremadamente cercanas a su estrella y, por tanto, hostiles para la vida.
De modo que el desafío consiste en hallar planetas de tipo rocoso -o similares a la Tierra- que, además, se encuentren en lo que se conoce como zona de habitabilidad, la región en torno a una estrella donde un planeta puede albergar agua líquida. Estos son, precisamente, los que busca CARMENES.
Sin embargo, esos planetas, o exotierras, son esquivos. Uno de los métodos para detectar planetas extrasolares consiste en medir las pequeñas oscilaciones que los planetas producen en sus estrellas al girar a su alrededor. Unas oscilaciones tanto más pequeñas cuando menor es el planeta: por ejemplo, en el caso de nuestro Sistema Solar, Júpiter produce en el Sol una variación de velocidad de diez metros por segundo, mientras que la variación que produce la Tierra se reduce a diez centímetros por segundo. Y, aunque la tecnología para la detección de variaciones estelares ha avanzado mucho en las últimas décadas, esas variaciones resultan imposibles de detectar a día de hoy.

2. Las enanas rojas

¿Un camino cerrado? No. CARMENES busca planetas en torno a enanas rojas (o enanas M), estrellas más pequeñas que el Sol que ofrecen las condiciones para la existencia de agua líquida en órbitas cercanas y en las que sí podemos detectar las oscilaciones producidas por planetas similares al nuestro.

Sin embargo, esta nueva vía supuso una nueva dificultad: las enanas rojas son mucho más frías y rojizas que el Sol, una característica que exigía, tecnológicamente, un "más difícil todavía". El instrumento CARMENES debía observar tanto en el visible, el tipo de luz que pueden ver nuestros ojos, como en el infrarrojo, un tipo de luz que solo puede detectarse con instrumentos que trabajen a muy bajas temperaturas. Un reto que CARMENES ha superado con éxito y que lo sitúa en la vanguardia del desarrollo tecnológico internacional.
Además, la observación simultánea en el visible y el infrarrojo le permitirá evitar los falsos positivos en la detección de planetas, habituales a día de hoy al confundir las señales de la actividad estelar y otros mecanismos físicos intrínsecos a la estrella con la existencia de planetas. De modo que, cuando CARMENES produzca sus primeros hallazgos sabremos, sin más comprobaciones, que estamos ante nuevas exotierras. 

3. Un ojo que funciona en frío

Una de las grandes fortalezas del instrumento CARMENES reside en que observa de forma simultánea en el visible y en el infrarrojo. Su sensibilidad a un amplio rango de longitudes de onda en el infrarrojo cercano, superior a la de los espectrógrafos de alta resolución actuales, ha supuesto un importante desafío tecnológico. También lo ha sido el hecho de que la temperatura de operación del detector infrarrojo deba hallarse a una temperatura constante de 133 grados bajo cero con una estabilidad del orden de la milésima de grado. Para ello, investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía y del Observatorio Europeo Austral (ESO) han desarrollado un sistema de enfriado (criostato) que emplea un flujo continuo de nitrógeno gaseoso a baja temperatura.
En julio de 2014 llegaba a las salas limpias del Instituto de Astrofísica de Andalucía el tanque de vacío donde se alojaría el canal infrarrojo del instrumento CARMENES. Apenas un año y medio después, el canal estaba listo para su instalación en el telescopio tras haber completado los trabajos de óptica, mecánica, criovacío, electrónica y software. Un tiempo récord comparado con proyectos similares, que han tardado entre cinco y diez años en completarse.

4. Futuro

CARMENES ha colocado al Observatorio de Calar Alto y al IAA a la vanguardia de la búsqueda de exotierras. El sistema de enfriamiento desarrollado para CARMENES, el corazón frío que permite su estabilidad, se ha tomado como prototipo para el que se empleará en HIRES, un instrumento del Telescopio Extremadamente Grande (E-ELT) de 39 metros de diámetro que ESO construye en el desierto de Atacama (Chile).

5. Tecnología

CARMENES cuenta con dos detectores, o dos canales, alimentados por fibras ópticas para alcanzar una cobertura casi completa desde los 550 hasta los 1700 nanómetros. Los componentes de óptica y mecánica se hallan sobre unos bancos ópticos dentro de unos tanques de vacío, que a su vez se encuentran en una sala aislada para que el instrumento permanezca completamente estable. La luz de las estrellas llega desde un frontal, situado en el foco del telescopio, y que se une con fibras ópticas al instrumento. El frontal, que cuenta con un corrector de dispersión atmosférica y una cámara de adquisición y guiado, es como el "ojo" principal, que divide la luz en dos haces y la envía a los dos canales.
Ninguno de los dos canales debe tener variaciones de temperatura por encima de las centésimas de grado, pero el canal infrarrojo debe estar por debajo de los 130 grados bajo cero, para lo que se ha diseñado un criostato que funciona con nitrógeno gaseoso. El canal infrarrojo cuenta con un tipo de detector distinto al del visible, pero en el resto son casi iguales: el haz de luz de cada canal pasa por un adaptador de focal, un rebanador de imagen, un espejo colimador, una red de dispersión, de nuevo el colimador, un espejo doblador, de nuevo el colimador, un dispersor cruzado, una cámara y, por fin, el detector.
También se han desarrollado exposímetros para controlar automáticamente el tiempo de duración de las exposiciones, un sistema de control con un programa que elija la mejor estrella para observar en el momento dado, y un datoducto, para la reducción y extracción automática de los espectros a los pocos segundos.