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Astrónomos e ingenieros del Instituto de Astronomía, junto con colegas de Irlanda, mejoran el espectrógrafo del GRAVITY+ para observar espectros detallados a la máxima resolución angular
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El Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM participa en la modernización del Very Large Telescope Interferometer (VLTI) del Observatorio Europeo Austral (ESO), ubicado en Cerro Paranal, al norte de Chile.
Su colaboración, dentro del proyecto GRAVITY+, es la primera de un instituto de investigación mexicano con un consorcio auspiciado por el ESO, el observatorio astronómico óptico-infrarrojo más importante y prolífico del mundo.
Este consorcio, liderado desde el Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, incluye a científicos de siete países, seis de ellos europeos, afirmó Joel Sánchez Bermúdez, investigador del IA y líder de la cooperación mexicana.
GRAVITY+ es una actualización mayor del VLTI que transforma su rendimiento y cobertura de cielo. En Cerro Paranal, al norte de Chile, se localizan cuatro telescopios, cada uno de ocho metros de diámetro, los cuales pueden ser combinados para trabajar de manera simultánea y observar un mismo objeto en el cielo, explicó.
Notas de interés
“Es como si sintetizáramos un telescopio de más de 130 metros dediámetro, porque (al momento de combinar los telescopios) el VLTI se convierte en un espejo gigantesco del tamaño que existe entre la máxima separación de los telescopios individuales”, detalló.
Como parte de las mejoras de GRAVITY+, recientemente se han instalado láseres en los cuatro Telescopios Unitarios (UTs) de Paranal para crear “estrellas guía” artificiales a unos 90 kilómetros de altura, lo que permite corregir la turbulencia atmosférica en prácticamente cualquier región del cielo austral.
El resultado es un incremento de más de 10 veces en la sensibilidad y un aumento decisivo de la fracción de cielo observable.
Desde hace varios años, GRAVITY+ está teniendo mejoras para observar objetos cada vez más débiles y abrir la interferometría infrarroja de manera global para detectar prácticamente cualquier estrella y objeto en el cielo; la instalación y primeras observaciones con las “estrellas guía” láser son la culminación exitosa de una de las fases más demandantes de estas mejoras.
La interferometría infrarroja es una técnica muy poderosa para ver detalles muy finos. “Con las mejoras de GRAVITY+ vamos a poder observar prácticamente todo el cielo con la mejor resolución angular posible que tenemos en el infrarrojo cercano”, señaló el especialista.
PARTICIPACIÓN DEL IA
“Así como las mejoras a la instrumentación del VLTI requieren una alta resolución espacial, también se requiere una mejora en resolución espectral, ya que queremos ver con mayor finura la estructura de los espectros de los objetos que se observan”, expresó a su vez Salvador Cuevas Cardona, del Departamento de Instrumentación del IA.
Por ello, en esa área de la entidad universitaria que tiene más de 20 años desarrollando tecnología astronómica de punta, Cuevas Cardona diseñó un “grisma”, elemento óptico que combina una rejilla de difracción y un prisma para realizar espectroscopía. Su nombre es un acrónimo de la palabra inglesa grating (rejilla) y prism (prisma). Es clave para uno de los paquetes de mejoras instrumentales de GRAVITY+.
Esta pieza está hecha de germanio, un elemento químico conocido por su uso en semiconductores como los transistores, pero mucho menos explotado que el silicio aplicado en circuitos integrados, memorias, chips de computadoras y de teléfonos celulares, precisó Cuevas Cardona, físico e ingeniero óptico.
“Dependiendo del número de líneas por milímetro que tiene la parte de la rejilla de difracción y el índice de difracción del prisma, aumenta la resolución espectral”, subrayó.
Con esta novedosa tecnología, hay muy pocas empresas en el mundo capaces de fabricar este dispositivo óptico. La alemana Zeiss, líder en tecnología del sector de la óptica y la optoelectrónica, asumió el desafío de los investigadores mexicanos para construir el grisma que requiere una rejilla de difracción con alrededor de mil líneas por milímetro para aumentar la capacidad espectral, y lograr grabarlas a lo largo de una superficie de cuatro centímetros.
“Así la astronomía se convierte en un detonante de tecnología, pues sus necesidades de detección retan la capacidad tecnológica y permite a la industria probar sus capacidades”, destacó Cuevas Cardona.
Además, en el Departamento de Instrumentación del IA se diseñan y construyen los componentes mecánicos y electrónicos de la rueda de filtros del nuevo espectrógrafo HR que serán instalados en GRAVITY+ en 2027. Para ello, los técnicos académicos expertos en óptica, mecánica, criogénica y electrónica del IA conjuntan esfuerzos para desarrollar esta tecnología.
El IA de la UNAM y University College Dublin participan como miembros asociados del Consorcio GRAVITY+ y lideran el desarrollo del nuevo espectrógrafo de alta resolución. La mejora para GRAVITY+ (el instrumento más avanzado de ESO) le brindará al Instituto, por primera vez, la oportunidad de obtener tiempo de observación garantizado con este instrumento.
Este esfuerzo abarca una nueva rueda de filtros con su electrónica y el grisma de germanio, que elevará la resolución espectral aproximadamente cuatro veces la actual, ampliando de forma decisiva el alcance científico del instrumento en análisis espectrales.
Con todas estas mejoras, GRAVITY+ abre la puerta a estudios interferométricos de objetos mucho más débiles y distantes, desde cuásares de alto corrimiento al rojo, hasta la caracterización de enanas marrones y de las regiones internas de discos protoplanetarios.
Las primeras pruebas de GRAVITY+ con láser incluyeron observaciones de la Nebulosa Tarántula, una región de formación estelar en nuestra galaxia vecina, la Gran Nube de Magallanes. Estas primeras observaciones revelaron que un objeto brillante en la nebulosa que se creía una sola estrella, es un sistema binario de dos estrellas muy próximas entre sí. Esto muestra las impresionantes capacidades y el potencial científico del VLTI mejorado.
En paralelo, la hoja de ruta científica prioriza la medición directa de masas de agujeros negros supermasivos en los núcleos activos de galaxias (AGNs) a lo largo del tiempo cósmico y la caracterización de exoplanetas mediante espectros y órbitas de alta precisión.
Las actualizaciones del VLTI, dentro del proyecto GRAVITY+, abren una cobertura prácticamente total del cielo austral y dan acceso a fuentes más débiles, lo que desarrollará una ventana única de observación capaz de estudiar discos protoplanetarios, vientos y acreción.
También se podrán hacer estudios de cosmología cercana, midiendo directamente masas de agujeros negros en AGNs a grandes distancias; y espectros de exoplanetas con mayor precisión.
GRAVITY+ inaugura una nueva era de interferometría óptica e infrarroja: más sensible, con mejor contraste y alcance espectral ampliado.
Los científicos universitarios consideraron que la participación del Instituto de Astronomía de la UNAM y de University College Dublin en el nuevo espectrógrafo de alta resolución será clave para explotar plenamente estas capacidades con GRAVITY+.
Para el IA de la UNAM esta colaboración representa una oportunidad clave para estar a la vanguardia en instrumentación astronómica en colaboración con algunos de los mejores institutos de investigación europeos y el observatorio óptico-infrarrojo más importante del mundo.
