2  FOTÓMETROS

Nos referiremos en este punto sólo a los fotómetros estelares fotoeléctricos, es decir aquellos que miden la cantidad de luz que llega de una estrella en una región particular del espectro, definida por filtros, a través de una fotomultiplicadora. La Figura (5-1) nos muestra el esquema típico de un fotómetro con los distintos componentes básicos. Podemos distinguir un diafragma donde debe centrarse el objeto a observar una lente de Fabry, los filtros, y la fotomultiplicadora. Es necesario destacar que existen también otras tres formas de medir el brillo de las estrellas: visualmente, a través de la fotometría fotográfica, es decir recogiendo las imágenes de las estrellas bajo estudio sobre una placa fotográfica, y a través de la recolección de las imágenes de las estrellas sobre un detector electrónico como el CCD. Las dos primeras están en desuso mientras que la última está reemplazando a la fotometría fotoeléctrica, especialmente para campos estelares muy poblados.

	Telescopio			Lente de Fabry Fabry
							Fotomultiplicadora

 

  Figura 5-1. Esquema de un fotómetro básico

Si regresamos a la Figura (5-1) notamos que la fotomultiplicadora es el elemento fundamental del fotómetro y consiste en una superficie fotoemisora que libera electrones como consecuencia del impacto de la radiación estelar sobre ella, es decir, hace uso del bien conocido efecto fotoeléctrico. La Figura (5-2) muestra el esquema de una fotomultiplicadora con la estructura de dínodos. Los electrones arrancados del cátodo son acelerados e impactan en una superficie denominada dínodo, que tiene la propiedad de liberar más electrones aún. Todos estos electrones son, a su vez, dirigidos hacia un segundo dínodo que libera nuevos electrones y así sucesivamente hasta llegar al ánodo que recibe el flujo total de electrones y sobre el cual se mide la corriente eléctrica producida.

  Figura 5-2 Esquema de una fotomultiplicadora

El recubrimiento fotosensible del fotocátodo es lo que caracteriza a una fotomultiplicadora. Los materiales que suelen utilizarse para la confección del mismo son compuestos del Cs, Zn, Na, K, Ga, y As. En general en la actualidad se utilizan semiconductores en la construcción de los fotocátodos compuestos por metales alcalinos y algunos de sus óxidos.

Los dínodos que componen las diferentes etapas de multiplicación de la cantidad inicial de electrones liberada por el fotocátodo, están compuestos por un material que tiene la propiedad de liberar electrones en cantidad cuando es impactado por otros electrones a una cierta velocidad. Esas superficies suelen ser de Antimonio, Cesio, y Berilio. Entre las superficies de un dínodo y otro existe un campo eléctrico para acelerar los electrones. Generalmente la diferencia típica de potencial entre un dínodo y otro es de unos 100 Volts y el voltaje total aplicado a una fotomultiplicadora no supera los 2.000 Volts.

Como hemos dicho antes, depende del material del fotocátodo la región de longitud de onda para la cual es útil una fotomultiplicadora determinada. En la literatura técnica se conocen como cátodos S-1 aquellos que tienen sensibilidad adecuada  como para trabajar en la región de los 8.000 Å aunque son mucho menos sensibles que los permiten trabajar en la región azul-visual del espectro. Los cátodos S-20 tienen sensibilidad máxima en 4.000 Å y decaen rápidamente hacia las largas longitudes de onda. Los S-11 tienen también sensibilidad máxima en 4.000 Å pero decaen mucho más rápidamente que los S-20 hacia el rojo. En 6.000 Å ya han perdido su sensibilidad.

Los cátodos de Ga-As son los mejores existentes en cuanto permiten trabajar entre los 3200 Å y casi los 9.000 Å. Tiene la sensibilidad máxima en 3500 Å pero el decaimiento hacia el rojo es muy lento.  La Figura (5-3) muestra la sensibilidad de los diferentes cátodos existentes en el mercado.

Figura 5-3. Sensibilidad espectral de diferentes cátodos

Dos problemas son importantes en las fotomultiplicadoras: la corriente de oscuridad y la respuesta no informe del fotocátodo. La corriente de oscuridad es la señal de una fotomultiplicadora cuando no está iluminada por una estrella. El efecto se produce por varias causas pero la más importante es la emisión térmica de electrones. Por ello las fotomultiplicadoras se refrigeran para su utilización en los fotómetros estelares. La refrigeración puede hacerse con hielo seco, nitrógeno líquido o más modernamente con la utilización del enfriado termoeléctrico que hace uso del efecto Peltier. La colocación de la lente de Fabry tiene por misión minimizar el segundo problema produciendo una imagen estable sobre la misma región del fotocátodo. Otros detalles operativos importantes para obtener fotometría al 1% los discutiremos al final del capítulo en el punto sobre técnicas espectrofotométricas.