El telescopio más grande del mundo «verá» mejor con la tecnología irlandesa

El telescopio más grande del mundo, el Extremely Large Telescope (ELT), está en construcción en Chile. Cuando capte la «primera luz», en algún momento de 2027 o 2028, la tecnología de óptica adaptativa de Irlanda estará allí para asegurarse de que vea más y con mayor claridad que cualquier telescopio en la historia de la humanidad.

La oportunidad para que los astrónomos irlandeses participaran en el proyecto ELT surgió cuando el gobierno decidió unirse al Observatorio Europeo Austral (ESO), la organización gubernamental más importante de Europa en astronomía, en 2018. La membresía costó 14,66 millones de euros, con una tarifa anual de 3,5 millones de euros. .

Un equipo de investigadores de NUI Galway, dirigido por el Dr. Nicholas Defany, con experiencia en óptica adaptativa, participa en el proyecto ELT como parte de un consorcio que también incluye al Instituto de Ciencias Planetarias y Astrofísica de Grenoble y al Instituto Nacional de Astrofísica (INAF). en Italia.

El consorcio diseñará y gestionará la construcción de un instrumento en el ELT, llamado relé de óptica adaptativa de acoplamiento múltiple (MAORY), que corrige la distorsión de la imagen debido al desenfoque atmosférico. El equipo de NUIG ha sido invitado a unirse al Proyecto MAORY en base a su reputación científica.

“El equipo de Galway es responsable del dispositivo que llamamos la unidad de prueba necesaria para pasar todo el rendimiento en el campo aquí en Europa, y luego también cuando llegamos a las montañas de Chile”, dice Paolo Seligi, astrónomo del INAF. Investigador jefe de Maori.

«Pusieron sobre la mesa su experiencia en óptica adaptativa y también en la construcción de esta unidad de prueba», agrega Seligy.

La construcción del ELT a una altitud de aproximadamente 10,000 pies en la cima de una montaña llamada Cerro Amazones se ha detenido debido a la situación de Covid en Chile. El sitio está ubicado en el desierto de Atacama, un altiplano que cubre un área un poco más grande que Irlanda y está compuesto principalmente de piedra, sal y arena.

Su altitud lo coloca por encima de la línea de nubes, por lo que hay muy poca lluvia, lo que puede distorsionar las imágenes del espacio del telescopio. Esta sequía, este es el desierto más seco del planeta fuera de los polos, lo convierte en un lugar ideal para que los astrónomos vean el cielo. Sin embargo, ELT todavía tiene que mirar a través de unos 480 km de la atmósfera, con la distorsión que esto provoca.

«Cuando sientes los golpes en el avión, esa es la turbulencia», dice Devani. Dice que la atmósfera turbulenta está formada por burbujas de aire de diferentes temperaturas. La velocidad de la luz a través del aire varía ligeramente con la temperatura del aire por el que viaja.

El efecto neto de esto es reducir la nitidez de las imágenes del espacio que puede recolectar un telescopio terrestre. «Esto crea distorsiones en la luz que resultan en una imagen borrosa en lugar de una imagen más clara», agrega.

óptica

La tecnología de óptica adaptativa trabaja duro para superar tal distorsión atmosférica. Esta tarea es como recolectar luz que ha sido doblada y esparcida en el agua y reconstruirla a su forma original y sin forma. Esta es la función que realizará la máquina principal del ELT.

Una limitación de la tecnología de óptica adaptativa hasta ahora ha sido que se basa en una constelación natural de estrellas brillantes para borrar imágenes distorsionadas de un telescopio óptico que mira una gran área del cielo, pero tales constelaciones no siempre están disponibles. Para superar este problema, los científicos utilizan estrellas guía.

ELT generará seis estrellas apuntadoras generadas por láser artificiales que actuarán como una constelación natural de seis estrellas brillantes para facilitar que la óptica adaptativa opere dondequiera que ELT apunte en el cielo. Ha demostrado ser un gran desafío durante décadas, en la obtención de suficiente potencia láser para producir estrellas guía lo suficientemente brillantes como para facilitar la óptica adaptativa.

Después de mucha investigación, los científicos decidieron utilizar la longitud de onda del sodio para producir estrellas piloto. Esto se debe a la presencia de una capa natural de iones de sodio cargados en la atmósfera de la Tierra a una altitud de 90 kilómetros, que puede ser excitada y energizada por un láser para que parezca una estrella natural.

«Esto es perfecto para los astrónomos», dice Devani. «Es como si los iones se hubieran colocado allí específicamente para este propósito. Esto significa que es posible crear cúmulos de estrellas artificiales con guías utilizando los seis láseres del ELT».

Un telescopio óptico funciona recolectando luz a través de espejos. Cuanto más grandes sean sus espejos, más luz puede captar el telescopio y más puede ver. El espejo principal del ELT tiene un diámetro de 39 metros (127,9 pies). Esto equivale a aproximadamente 21 hombres, de seis pies de altura, acostados de la cabeza a los pies.

Los diseñadores sabían que técnicamente no era posible construir el espejo principal de una sola pieza. También sabían que sería difícil llevar clips grandes para espejos a la cima de una montaña. Entonces se tomó la decisión de hacer 798 hexágonos por separado; Cada uno de 1,5 m de ancho y 250 kg de peso, que cuando se alinean cuidadosamente entre sí, formarán el espejo principal del ELT.

Las secciones del espejo deben estar alineadas con precisión nanométrica, y esta alineación debe mantenerse mientras el telescopio se mueve y se rastrean los objetos. Hay alrededor de 9.000 pequeños sensores dispuestos alrededor de cada parte para que cualquier tipo de movimiento en una parte se calcule con respecto a otra.

También hay actuadores que doblan los espejos en una forma óptima. Los telescopios ópticos más grandes de la actualidad tienen tres espejos. ELT tendrá cinco.

Tiempo de observación

A cambio del trabajo del equipo de Devaney en óptica adaptativa en el ELT, los astrónomos compañeros de NUIG tendrán tiempo para observar el ELT. Uno de esos científicos que espera utilizar ELT para avanzar en su trabajo es el físico Dr. Matt Redman, director del Centro de Astronomía de NUIG.

Redman está interesado en las nebulosas planetarias. Estos son cuerpos celestes mal nombrados porque no tienen nada que ver con los planetas. Parecían planetas cuando se vieron con los primeros telescopios, y así es como obtuvieron el nombre. Se describe mejor como la brillante envoltura de gas emitida por una estrella moribunda.

Estas nebulosas se observan en una variedad de formas que incluyen en forma de mariposa, elíptica, esférica, en forma de anillo, bipolar, cilíndrica y circular.

“El gran misterio es que el sol es redondo y esférico y se convertirá en uno de estos cuerpos, y estas cosas no son redondas ni esféricas”, dice Redman. «La idea más probable es que hay una estrella compañera, o incluso un planeta compañero, que revuelve la materia mientras la estrella moribunda la tira», explica.

«Mi esperanza es que MAORY pueda llegar directamente al centro de estas cosas y podríamos ver que suceda este mecanismo de formación», agrega.

Hay quienes cuestionan la justificación económica y científica de la construcción de costosos telescopios en la cima de las montañas de Chile para ver a través de la distorsión atmosférica cuando es posible colocar un telescopio espacial, como el telescopio Hubble, en una órbita donde la distorsión atmosférica no existe. . factor.

La justificación radica en el costo de poner telescopios en órbita frente a construirlos en la Tierra. El Telescopio Espacial Hubble, que tenía un espejo primario de 2,4 metros de ancho, costó 2.500 millones de euros (el equivalente actual) para entrar en órbita y operarlo. El coste del ELT es de unos 1.300 millones de euros; Aproximadamente la mitad del precio.

Este punto de vista sugiere que, aunque hacen cosas diferentes, los telescopios terrestres como ELT dan un mayor impacto científico que los telescopios espaciales. El telescopio espacial James Webb (JWST), cuyo lanzamiento está previsto para noviembre, costará 8.200 millones de euros.

ELT ve más allá, explicó. «Puede recolectar más, como el espejo de 39 metros de altura», dice Devani. «Puedes ver más lejos y ver cosas más débiles, como galaxias realmente débiles. ELT podrá ver cosas mucho más débiles de lo que era posible con el Hubble».

El gran salto en poder astronómico que proporcionará ELT probablemente conducirá a una serie de descubrimientos científicos inesperados que cambiarán nuestra comprensión del universo y cómo se formó en sus primeros días.

Lo hemos visto antes. Por ejemplo, en 1998, los datos del Hubble llevaron a los científicos a concluir que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado. «Cada vez hay un gran paso adelante como este que conduce a una proliferación masiva de actividades y descubrimientos astronómicos», dice Devani.