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ASTROFÍSICA

Centinela de las tinieblas cósmicas

Un superradiotelescopio inaugurado en Chile busca las primeras estrellas del Universo frío, obscuro y lejano

Las antenas del Alma en el llano de Chajnantor: operan conjuntamente, como si fuesen un superradiotelescopio de 16 kilómetros

C. PADILLA / ALMALas antenas del Alma en el llano de Chajnantor: operan conjuntamente, como si fuesen un superradiotelescopio de 16 kilómetrosC. PADILLA / ALMA

Desde San Pedro de Atacama (Chile)

Situado a poco más de 5 mil metros de altura, a alrededor de una hora de la localidad turística de San Pedro de Atacama, en el norte de Chile, el llano de Chajnantor se transformó en escenario del mayor proyecto de observación astronómica construido por el hombre en tierra firme. En esa meseta, en el desierto más seco del planeta, donde el cielo casi no alberga nubes y el promedio anual de lluvias es de menos de 100 milímetros, el Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (Alma) fue inaugurado oficialmente el día 13 de marzo. “El Alma es un radiotelescopio que nos permitirá realizar un zoom en objetos del Universo frío y lejano, con una sensibilidad entre 10 y 100 veces mayor que la que disponemos hasta ahora”, afirmó el holandés Thijs de Graauw, director del observatorio, quien deja el cargo en abril. La máxima resolución angular del Alma es de 0,004 segundos de arco. Eso equivale a contar, desde la Tierra, con capacidad para distinguir un camión en suelo lunar.

El observatorio, compuesto por un conjunto de 66 antenas de radio gigantes que pueden funcionar en forma sincronizada como si fuesen un único superradiotelescopio de 16 kilómetros de diámetro, tiene como objetivo principal dilucidar los albores del Universo, entre mil y dos mil millones de años después del denominado Big Bang, la explosión que habría originado todo. Luego de ese gran movimiento liberador de energía, el Universo se enfrió y se tornó obscuro. Ingresó temporalmente en una Edad de las Tinieblas, de la cual comenzó a emerger con el surgimiento de las primeras estrellas, galaxias y planetas. Ese Universo frío y lejano es el blanco por excelencia del Alma, aunque no el único. El observatorio también escudriñará la presencia en el espacio de moléculas que ‒como azúcar y agua‒ puedan hallarse relacionadas con formas de vida. Los ciclos solares, que periódicamente provocan la emisión de grandes cantidades de masa de nuestra estrella madre, también serán el objetivo de otras observaciones.

Entre su planificación y su construcción, el emprendimiento científico en los Andes chilenos, instalado a unos 1.600 kilómetros de la capital, Santiago, demandó 15 años de trabajos y 1.400 millones de dólares. El montaje del Alma, en cooperación con el gobierno chileno, fue costeado por sus tres grandes socios. Europa aportó el 37,5% del valor del proyecto mediante el Observatorio Europeo del Sur (ESO), conformado por 14 países del Viejo Mundo y Brasil, que se encuentra en proceso de confirmación de su adhesión a la organización (lea la entrevista a la astrofísica Beatriz Barbuy, de la Universidad de São Paulo, a partir de la página 24). Estados Unidos contribuyó con un monto idéntico al de los europeos, y su participación es coordinada por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO). Japón y Taiwán comparten el 25% restante del presupuesto del Alma, en tanto que el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (Naoj) coordina la participación de los asiáticos en el proyecto.

032-035_AlmaObservatory_206-1Los radiotelescopios del Alma son de dos tamaños. Hay un conjunto mayor, compuesto por 54 antenas con 12 metros de diámetro. Cada una de esas parabólicas tiene un peso de unas 100 toneladas. El segundo grupo está formado por 12 antenas con 7 metros de diámetro. Utilizando técnicas de interferometría, las señales de todos los radiotelescopios ‒o de una parte de ellos, en el caso de las observaciones que no requieren de los datos producidos por el conjunto de antenas‒ se combinan y transforman en datos astronómicos en una supercomputadora instalada en el Array Operations Site (AOS), una unidad de apoyo también situada en la meseta. Desde ese punto en el altiplano, las informaciones procesadas se transmiten hacia el Operations Suport Facilitym (OSF), un centro operativo ubicado a 25 kilómetros de distancia del Chajnantor, a una altitud cercana a los 2.900 metros. Del total de antenas que conforman el proyecto, 57 ya están funcionando en el llano y otras 9 se están ensamblando en el OSF para comenzar a operar, probablemente, también este mismo año.

Como un enclave en la peculiar geografía árida del desierto de Atacama, frecuentemente utilizado como escenario por filmes de ciencia ficción que intentan reproducir la superficie de Marte, el llano de Chajnantor fue escogido para ser sede del observatorio debido a su cielo transparente y estable. A una altura de 5 mil metros, el aire está enrarecido y el 40% de la atmósfera terrestre se encuentra debajo de esa altitud. La presencia de vapor de agua, un elemento que distorsiona y dificulta el registro de las emisiones en frecuencias de radio, es tan sólo un 5% de la que se registra a nivel del mar. Estas características convierten a los alrededores de San Pedro de Atacama en un sitio extremadamente favorable para el tipo de observación que realiza el Alma.

El conjunto de radiotelescopios capta el segmento (invisible a simple vista) del espectro electromagnético con longitudes de onda entre 0,32 y 3,6 milímetros (mm). La luz en tales longitudes de onda emana de grandes nubes frías del espacio interestelar, donde la temperatura se sitúa tan sólo algunos grados por encima del cero absoluto, y de algunas de las galaxias más antiguas del Universo. Puede utilizársela para estudiar la composición química y física de regiones densas en gas y polvo donde se forman las nuevas estrellas.

032-035_AlmaObservatory_206-2Tales regiones son, frecuentemente, obscuras, y no pueden observarse en las frecuencias de la luz visible. Sin embargo pueden “visualizarse” en forma clara en el sector del espectro de luz en que opera el Alma. “Los primeros resultados aportados por el Alma son espectaculares”, afirmó Pierre Cox, quien está asumiendo la dirección del observatorio en reemplazo de Thijs de Graauw. Cox cree que, en un futuro, el observatorio podrá incluso detectar la materia oscura, un misterioso componente que representa alrededor de un cuarto del Universo.

Primeros resultados
Aunque se haya inaugurado oficialmente recién este año, el Alma está recabando datos para trabajos científicos desde septiembre de 2011, cuando comenzó a operar con una cantidad reducida de antenas, que generalmente eran 16. Los primeros estudios con datos recopilados por el superradiotelescopio comenzaron a publicarse en 2012. Los resultados más interesantes llegaron a las páginas de la revista Nature el 14 de marzo de este año.

Un equipo liderado por investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech), de Estados Unidos, midió con el Alma, en una longitud de onda de alrededor de 3 mm, la distancia hasta 26 galaxias remotas y nebulosas, donde ocurría una profusa formación de nuevas estrellas, descubriendo que ellas se hallaban más lejos y eran, por lo tanto, más antiguas de lo que se pensaba. “Cuanto más lejana se encuentre una galaxia, más lejos en el tiempo la estamos viendo. Por eso, al medir las distancias, podemos reconstruir la línea cronológica de cuán vigorosa es la formación estelar en el Universo en las diferentes épocas de su historia de 13.700 millones de años”, dijo Joaquin Vieira, del Caltech, y principal autor del artículo.

Los investigadores detectaron que, en promedio, los picos de formación estelar ocurrieron hace 12 mil millones de años, mil millones de años más pronto de lo que se suponía. Dos de esas galaxias son las más lejanas de su tipo que se hayan observado. Tenían 12.700 millones de años. En otra galaxia, los astrofísicos detectaron moléculas de agua. Según los autores del trabajo, ésta es la evidencia más remota de agua identificada en el Universo.

Proyectos brasileños
Zulema Abraham, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la USP, fue la primera astrofísica brasileña en utilizar el Alma para estudiar un objeto sideral. Su proyecto disputó tiempo de observación con alrededor de mil propuestas internacionales y fue una de las 112 iniciativas a las que se concedió acceso a los datos producidos por el observatorio. En noviembre del año pasado, 23 radiotelescopios del Alma fueron apuntados durante unos 20 minutos en la dirección de la enigmática Eta Carinae, un sistema compuesto por dos estrellas gigantes con gran luminosidad, donde la mayor posee alrededor de 90 masas solares y la menor, 30 en la misma escala dimensional.

Radiotelescopios del Alma: la transparencia y la estabilidad del cielo en los Andes propician las observaciones

ESO/ C. MalinRadiotelescopios del Alma: la transparencia y la estabilidad del cielo en los Andes propician las observacionesESO/ C. Malin

Ubicada a 7.500 años luz de la Tierra, Eta Carinae sufre una especie de apagón periódico. Cada cinco años y medio, deja de brillar durante aproximadamente 90 días consecutivos en ciertas franjas del espectro electromagnético. Utilizando el Alma, Abraham midió las emisiones de radio del sistema binario de estrellas en cuatro longitudes de onda: 3 mm, 1,3 mm y 454 micrones. Algunas de esas longitudes de onda no se habían empleado nunca para observar una estrella. “Existen pocos datos acerca del ciclo de Eta Carinae en las frecuencias de radio”, informa la investigadora, quien procura detectar la localización exacta del sistema binario donde se origina esa clase de emisión. En enero y febrero de este año, Abraham recibió 15 gigabytes de información producidos en el observatorio situado en los Andes chilenos, algo así como tres DVDs repletos de información. La resolución angular de los datos es impresionante, de 0,4 segundos de arco. En el radiotelescopio de Itapetinga, en Atibaia, a 60 kilómetros de la capital paulista, ella logró observar a Eta Carinae con una resolución máxima de 2 minutos de arco, es decir centenares de veces de menor calidad que la del Alma.

La astrofísica Thaisa Storchi-Bergmann, de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), también obtuvo tiempo de observación en el Alma, en un trabajo conjunto con Neil Nagar, de la Universidad de Concepción, en Chile. El proyecto, cuyas observaciones todavía no se han concretado, consiste en un mapeo de la distribución y de la cinemática de gas molecular en una región de 100 parsecs, una distancia que equivale a 326 años luz, en torno del núcleo de galaxias activas donde un agujero negro supermasivo engulle la materia circundante. Los trabajos realizados por Storchi-Bergmann en longitudes de onda de la luz óptica y del infrarrojo revelaron la presencia de estructuras en espiral en esa región, que parecen ser canales para alimentar al agujero negro supermasivo. “Como allí donde hay polvo existe gas molecular, estamos buscando la emisión de gas molecular frío, que emite en el rango espectral cubierto por el Alma, para verificar si efectivamente se mueve en dirección al núcleo”, asevera la investigadora gaúcha.

Más allá de disputar el uso del Alma, un grupo de astrofísicos brasileños se encuentra negociando la instalación de una antena de 12 metros de longitud, igual a las mayores adquiridas por el observatorio recién inaugurado, en una localidad de los Andes argentinos. El proyecto, que lleva el nombre de Long Latin American Millimeter Array (Llama), prevé la construcción de un pequeño observatorio en San Antonio de los Cobres, una ciudad situada 200 kilómetros de distancia del llano de Chajnantor. La iniciativa será una cooperación entre brasileños y argentinos. “Nosotros compraríamos la antena, que cuesta 6 millones de reales, y ellos construirían y operarían el observatorio”, dice Jacques Lépine, astrofísico del IAG-USP y coordinador del Núcleo de Apoyo a la Investigación en Radioastronomía (Nara), el principal articulador del Llama. De concretarse este proyecto binacional, su antena podrá trabajar en forma independiente o integrada con el observatorio en San Pedro de Atacama. “Con el Llama, podríamos mejorar hasta en 10 veces la resolución angular del Alma”, dice Lépine.

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