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Tapa

Nuevos ojos en el Universo

Los telescopios estudiarán la materia y la energía oscura y los rayos gamma, y mapearán el Cosmos en 3D

Con su instalación prevista para 2016 en Argentina, la antena de 12 m del Llama será similar a la del Apex (arriba), que ya se encuentra en funcionamiento en Chile

ESO / B. TAFRESHICon su instalación prevista para 2016 en Argentina, la antena de 12 m del Llama será similar a la del Apex (arriba), que ya se encuentra en funcionamiento en ChileESO / B. TAFRESHI

A 4.800 metros sobre el nivel del mar, en la región argentina denominada Puna de Atacama, una especie prolongación del paisaje árido al este del desierto chileno de Atacama, el sitio de Alto Chorrillo albergará, a partir del mes de abril del año próximo, un radiotelescopio de 12 m de diámetro, el Llama, la sigla en inglés que denomina al proyecto del Telescopio de Gran Resolución Milimétrica Latinoamericano. Se prevé que la moderna antena, concebida e implementada mediante una cooperación entre astrofísicos del estado de São Paulo y Argentina, comience a operar, y producir ciencia, a comienzos de 2017. A grandes rasgos, el acuerdo estableció que los científicos paulistas comprarían el radiotelescopio (con un aporte de 9,2 millones de dólares de la FAPESP) y los argentinos erigirían la estructura física donde se montará el dispositivo y se encargarán de su funcionamiento. “En principio, cada país dispondrá de la mitad del tiempo de observación del telescopio”, dice el astrofísico Jacques Lépine, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), mentor y coordinador del Llama en suelo nacional. “Pero estamos organizando proyectos claves que serán encarados por equipos binacionales”. La mitad del costo de la antena ya se pagó y el resto se saldará cuando el equipo se encuentre funcionando al 100%. La parte argentina del proyecto cuenta con financiación de la Secretaría de Articulación Científico Tecnológica del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MINCyT).

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El emplazamiento de la antena en ese punto del noroeste argentino sigue criterios doblemente estratégicos. En primer lugar, la Puna de Atacama posee un clima extremadamente seco, con pluviosidad anual ligeramente superior a la del contiguo desierto de Atacama, el lugar más seco del planeta. El vapor de agua atmosférico es el principal obstáculo para la realización de buenas observaciones astronómicas en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, tales como el rango de frecuencias entre 90 gigahercios (GHz) y 900 GHz en el que operará el Llama. Y por otra parte, el Llama se ubicará a 150 kilómetros, en línea recta, del Atacama Large Millimiter/ Submillimiter Array (Alma), el mayor proyecto de radioastronomía del planeta, situado en un punto extremadamente elevado del municipio chileno de San Pedro de Atacama. El Alma, integrado por un conjunto de 66 antenas de 7 y 12 m, instaladas en la altiplanicie de Chajnantor, a unos 5 mil metros de altura, comenzó a funcionar en marzo de 2013 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 206). Vecino al radioexperimento gigante, también ubicado en el altiplano de Chajnantor, también está el Atacama Pathfinder Experiment Telexcope (Apex), un radiotelescopio de 12 m, del cual el Llama es casi un clon.

Inicialmente, el Llama funcionará en forma aislada, sin conectarse con el ALMA. Pero se contempla que la antena brasileño-argentina trabaje en forma integrada con el Alma y también con el Apex), como si todos fuesen un único radiotelescopio descomunal. Para que eso suceda, el proyecto tendrá que disponer de un dispositivo para realizar interferometría, una técnica que combina las señales de diferentes antenas y posibilita la obtención de imágenes con mayor resolución.

Entre los objetivos científicos del Llma figuran posibles estudios sobre la estructura del Sol, de las primeras estrellas y galaxias, emisiones de chorro y máseres (un tipo de radiación similar al láser) y también de planetas extrasolares. La búsqueda de moléculas orgánicas en el Cosmos será una de las primeras áreas de investigación en producir trabajos con la antena. El astrofísico Sergio Pilling, coordinador del Laboratorio de Astroquímica y Astrobiología de la Universidad del Vale do Paraíba (Univap), en São José dos Campos, pretende emplear al radiotelescopio con ese objetivo. “Con un poco de suerte, podremos detectar moléculas aún no halladas en el espacio si observamos en determinadas radiofrecuencias”, dice Pilling.

Nuevo telescopio brasileño de 0,80 m montado en Cerro Tololo, Chile (a la izq. en la imagen inferior) e ilustración de las oscilaciones acústicas de bariones: un trabajo conjunto con los españoles en el proyecto J-PAS

ALBERTO MOLINONuevo telescopio brasileño de 0,80 m montado en Cerro Tololo, Chile (a la izq. en la imagen): un trabajo conjunto con los españoles en el proyecto J-PASALBERTO MOLINO

El universo en rayos gamma
Otro proyecto ambicioso a nivel internacional con participación de científicos de São Paulo y de otros estados brasileños es el Cherenkov Telescope Array (CTA). Se trata de un consorcio integrado por 29 países cuyo plan es construir para 2020 el mayor observatorio astronómico de rayos gamma del mundo, dedicado a la comprensión de los fenómenos más energéticos del Universo. Entre esos eventos, figuran la colisión de partículas de materia oscura, la naturaleza de los aceleradores astrofísicos de rayos cósmicos, que incluyen desde cúmulos de gas y estrellas en colisión hasta agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias, y la violación de la constancia de la velocidad de la luz, que es algo que sólo puede medirse en rayos gamma. El observatorio, presupuestado en 200 millones de euros, estará conformado por alrededor de 100 telescopios de tres tamaños distintos (24, 12 y 4 m de diámetro), del tipo Cherenkov, ideales para la realización de ese tipo de medición, distribuidos en dos arrays, u ordenamientos. Uno se montará en el hemisferio norte, en un punto de México, Estados Unidos o España, y el otro en el hemisferio sur, probablemente cerca del ALMA, en Chile. La mayoría de los telescopios serán de tamaño pequeño. La primera etapa del proyecto, denominada CTA Mini-Array, contempla la instalación de nueve telescopios de 4 m en el sitio austral del proyecto para 2017.

Con financiación de la FAPESP, la astrofísica Elisabete de Gouveia Dal Pino, del IAG-USP, coordina el aporte nacional en el Mini-Array. Con un costo de alrededor de 3 millones de euros, la Fundación patrocina la construcción en Italia de tres telescopios pequeños, que se basan en un prototipo desarrollado por el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia con la participación de ingenieros brasileños. Sudáfrica financia otra unidad e Italia otras cinco. Los telescopios del Mini-Array captarán las más altas energías, en un rango entre 0,1 y 100 TeV [100 TeV corresponden a 100 billones de electronvoltios de energía]”, dice Dal Pino. “Incrementarán entre cinco y diez veces la sensibilidad actual de que se dispone para captar rayos gamma”.

Pero la participación brasileña en la iniciativa no se limita al Mini-Array. El equipo de Luiz Vitor de Souza Filho, del Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP), desarrolló el brazo que posiciona la cámara de imagen que se utiliza en los telescopios de porte mediano del CTA. El grupo creó y probó un prototipo con una empresa de São Paulo, Orbital Engenharia, y ahora fue designado para proveer esa estructura, que mide 16 m y pesa 5 toneladas, para el resto de los telescopios. Investigadores del centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF) y de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) participan en el proyecto de desarrollo de los telescopios de 24 m.

Prototipo italiano de un telescopio de 4 m del proyecto CTA: la FAPESP financia la construcción de tres unidades, con la participación de ingenieros brasileños

WWW.BRERA.INAF.IT/ASTRIPrototipo italiano de un telescopio de 4 m del proyecto CTA: la FAPESP financia la construcción de tres unidades, con la participación de ingenieros brasileños WWW.BRERA.INAF.IT/ASTRI

Una gran angular en el cielo
Con un presupuesto total de 30 millones de euros, el Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey (J-PAS) es un proyecto concebido originalmente por España que, hace alrededor de cinco años, pasó a tener a Brasil como segundo socio. En el marco de esta iniciativa, para la cual se construyó un nuevo observatorio en Teruel, en la región española de Aragón, se aspira a elaborar un mapeo en tres dimensiones de todo el cielo durante los próximos cinco o seis años. Se proyectaron dos telescopios, uno de 2,5 y otro de 0,8 m, para dedicarse exclusivamente al trabajo de mapear desde los asteroides, planetas y estrellas, hasta los cientos de millones de galaxias del Universo. Lo que lo distingue de otros mapeos anteriores, tales como el del Sloan, es que el telescopio más grande del J-PAS estará provisto con la segunda mayor cámara astronómica del mundo, la JPCam, con una resolución de 1.200 millones de píxeles, integrada por un mosaico de 14 CCD, un sensor que se utiliza para la obtención de imágenes digitales. Una especie de gran angular del Cosmos.

La cámara será capaz de generar una cifra récord de colores (espectros) de los objetos que visualice. Contará con 59 filtros distintos ‒el Sloan poseía tan sólo cinco‒ y, en conjunto, generarán un espectro (conjunto de colores) que realza determinadas características de los millones de cuerpos celestes que se observarán. “La construcción de esa cámara estará financiada y coordinada por los brasileños”, dice Renato Dupke, astrofísico del Observatorio Nacional (ON), quien comenzó la colaboración con los españoles. La Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Río de Janeiro (Faperj), el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación (MCTI), además de la FAPESP, invirtieron alrededor de 7 millones de dólares en el desarrollo de la JPCam, que se instalará en el telescopio en 2016. “El sistema de filtros de la cámara será de gran utilidad para que podamos estudiar las oscilaciones acústicas de bariones”, dice Laerte Sodré, del IAG-USP, otro astrofísico que participa en el proyecto conjunto. Ese fenómeno, que aún se conoce poco, se caracteriza por ondas que se habrían generado inmediatamente después del Big Bang a causa de interacciones de la materia visible (bariónica) con la radiación. El estudio de tales oscilaciones podría contribuir para una mejor comprensión de la materia oscura y, sobre todo, de la energía oscura, los dos componentes mayoritarios del Universo, aunque de naturaleza desconocida.

El convenio con los españoles impulsó a la astrofísica Cláudia Mendes de Oliveira, del IAG-USP, a solicitar y obtener 2 millones de dólares de la FAPESP, para montar un telescopio de 0,8 m idéntico al artefacto menor del J-PAS. El ON pagó 520 mil reales para construir el edificio de la cúpula y solventar el mantenimiento de los primeros seis meses del telescopio, bautizado T-80 Sur. El dispositivo se instaló en el emplazamiento de Cerro Tololo, en Chile, y comenzará a funcionar en los próximos meses. Haremos un estudio de gran parte del Universo local, en conjunto con el telescopio menor de España, empleando 12 filtros”, explica Mendes de Oliveira. “Incluso con menor cantidad de filtros, podremos producir resultados de alto impacto”.

Proyectos
1.
Llama: un radiotelescopio para ondas mm/ sub-mm en los Andes, en colaboración con Argentina (nº 2011/ 51676-9); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Jacques Lépine (USP); Inversión R$ 7.890.473,28 y US$ 9.221.992,00 (FAPESP).
2. Investigación de fenómenos de altas energías y plasmas astrofísicos: teoría, simulaciones numéricas, observaciones y desarrollo de instrumental para el Cherenkov Telescope Array (CTA) (nº 2013/ 10559-5); Modalidad Proyecto Temático; Investigadora responsable Elisabete de Gouveia Dal Pino (USP); Inversión US$ 2.269.594,10 y R$ 1.981.476,55 (FAPESP).
3. EMU: adquisición de un telescopio robótico para la comunidad astronómica brasileña (nº 2009/ 54202-8); Modalidad Programa de Equipamientos Multiusuarios; Investigador responsable Cláudia de Oliveira (USP); Inversión US$ 1.746.697,84 y R$ 1.325.134,14 (FAPESP).
4. Palo brasil: adquisición de detectores de CCD para la cámara CCD panorámica de la investigación Javalambre – Física del Universo en aceleración (nº 2009/ 54162-6) Modalidad Programa Equipamientos Multiusuarios; Investigador responsable Laerte Sodré (USP); Inversión US$ 1.600.000,00 y R$ 912.000,00 (FAPESP).

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