ALMA
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ALMA
SOCIEDAD CIENCIA Juan Rodrigo Cortés Joint ALMA Observatory uando en nuestro país escuchamos las palabras “observatorio astronómico”, rápidamente evocamos las imágenes de brillantes cúpulas preparándose para escudriñar el cielo tan pronto caiga el Sol y de la visión majestuosa de la Galaxia y su infinidad de estrellas y nubes de polvo dibujándose en el cielo nocturno del norte. Chile tiene una larga tradición como sitio principal para realizar investigación astronómica, que se remonta a la época del astrónomo estadounidense James Gillis, quién instaló un observatorio en el Cerro Santa Lucia en el año 1847, sentando las bases del futuro Observatorio Nacional dependiente de la Universidad de Chile. 26 Durante la segunda mitad del siglo XX nuestro país se volvió una verdadera Meca para la astronomía mundial, con la instalación de grandes observatorios como el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO); La Silla, dependiente del Observatorio Europeo Austral (ESO) y Las Campanas, en los años sesenta y setenta. En la última década del siglo XX y en la primera del siglo XXI se inició una nueva era en la astronomía con la instalación de los grandes telescopios de ocho metros como el VLT en Cerro Paranal y Geminis-Sur en Pachón, que será continuada por la era de los “super telescopios” como el “European Extremely Large Telescope” o E-ELT, de 40 metros de diámetro, o el “Giant Magellan REVISTA OCCIDENTE Telescope”, de 25 metros, a ser construido durante la presente década. Una breve historia de la radio-astronomía en Chile Una historia menos conocida ha sido la de la radioastronomía en nuestro país. Esta área, a diferencia de la astronomía óptica e infrarroja tradicional, no hace uso de grandes telescopios reflectores sino que de antenas de radio, los llamados radio-telescopios, para estudiar la emisión en ondas de radio (imperceptibles a simple vista) que provienen de estrellas y galaxias. Se inició en 1959 con la creación del Radio Observatorio de Maipú, siendo Chile el primer país latinoamericano que inició investigaciones radio-astronómicas. ALMA, un gigante que nace en las alturas El Gran Arreglo Milimétrico-Submilimétrico de Atacama o como señala en sus siglas en inglés, ALMA, nació como la fusión de tres proyectos astronómicos independientes de Estados Unidos, Europa y Japón, cuyos conceptos fueron desarrollados en los años ochenta (más información en http:// www.almaobservatory.org/es/sobre-alma/origenesdel-proyecto-alma). Esta fusión comenzó en 1997 con el acuerdo alcanzado entre ESO y NRAO (Observatorio Radio Astronómico Nacional de los EE.UU.) para llevar a cabo un único proyecto que se llamaría ALMA. Posteriormente, en el 2004, Japón entra oficialmente comprometiéndose a proveer el llamado Arreglo Compacto de Atacama o ACA, aumentando las capacidades de ALMA. En su forma final, ALMA consistirá en 66 antenas Con la instalación del telescopio de 1.2 metros de la Universidad de Columbia en Cerro Tololo y del Telescopio Submilimétrico Sueco de 15 metros (SEST), en La Silla, se da inicio en los años ochenta al estudio de la astronomía milimétrica, que estudia la emisión proveniente de objetos astronómicos en longitudes de onda del orden del milímetro. En la primera década de este siglo, la radio-astronomía en Chile ha experimentado un rápido crecimiento con la instalación de una variedad de proyectos radio-astronómicos tales como el Cosmic Background Imager (CBI) en 1999, y los telescopios ASTE (2002), APEX (2005), NANTEN2 (2006), y ACT (2007), todos localizados en el Llano de Chajnantor a 5.000 metros de altura en la II Región, en la misma zona donde empieza a operar la iniciativa astronómica más grande en existencia a nivel mundial, el proyecto ALMA. 27 CIENCIA separadas por distancias de entre 150 metros y 16 kilómetros, las cuales trabajarán como un solo instrumento que sería equivalente a un gigantesco radio telescopio de hasta 16 kms. de diámetro (la distancia entre las dos antenas mas separadas en la configuración extendida del conjunto). Este sistema proveerá una sensibilidad y una resolución jamás vista en la historia de la radio astronomía. Pero, ¿cuál es la razón para construir este gigante en el norte de nuestro país? ¿Cuál es el secreto a develar? Como decía Antoine de Saint-Exupery, autor de “El Principito”, la respuesta está en que “lo esencial es invisible a los ojos”, o sea, en el universo frío e invisible para los telescopios tradicionales, pero que encierra el secreto de cómo se forman las estrellas y los planetas, cómo ensamblan las galaxias y cómo se forman las moléculas complejas que son la base de este milagro que llamamos Vida. Esa es la nueva frontera de la astronomía del siglo XXI. El llamado universo frío está compuesto por nubes de gas y polvo a baja temperatura, donde ocurren las etapas tempranas de la formación de estrellas. Estas nubes son opacas en el rango de luz visible, e incluso en el llamado infrarrojo 28 cercano, y solo son detectables a longitudes de onda mayores, en el llamado sub-milimétrico. Las galaxias más masivas, distantes a miles de millones de años-luz, están envueltas en grandes cantidades de polvo parecido a una mezcla de hollín y arena, haciendo muy difícil su detección en el rango de la luz visible, pero son muy brillantes en el infrarrojo lejano y debido a su gran distancia son detectables en la región REVISTA OCCIDENTE espectral sub-milimétrica. Este universo oscuro y completamente desconocido encierra la clave para comprender etapas cruciales del origen de sistemas como nuestra Galaxia y el Sistema Solar, así como los procesos químicos y físicos involucrados. Es aquí donde surge la necesidad de alcanzar altísimas resoluciones espaciales (0.1” – 0.01”, equivalente a ver un autobus en la Luna) y altísima sensibilidad (10 MJy en una hora de integración, equivalente a detectar la energía de una ampolleta de 100 W a un año-luz en una hora), para enfrentar nuevos problemas, llevándonos a la necesidad de construir este mega-observatorio. El comienzo de ALMA en Chile partió con una extensa campaña meteorológica entre los años 1995 al 2000 en busca del mejor sitio para construir este observatorio. ALMA opera a longitudes de onda que van desde los 10 mm a 0,3 mm (en contraste, la luz visible se encuentra en el rango de 400 a 700 mm). A su vez, estas longitudes de onda son fuertemente absorbidas por el vapor de agua y las nubes, de manera que se necesitaba un sitio extremadamente seco y además lo suficientemente plano para la construcción de este conjunto de antenas. La elección fue el Llano de Chajnantor, una planicie a aproximadamente 50 kms. al Este de San Pedro de Atacama y a 5.000 mts. de altura sobre el nivel del mar. Las primeras tres antenas de 12 mts. fueron extensamente probadas durante los años 2003 al 2007en Nuevo México (EE.UU.), llegando la primera a Chile en abril del 2007, que se instaló en Chajnantor en septiembre del 2009. A la fecha hay ya más de 20 de estas antenas en el sitio, las que son capaces de conseguir una precisión en su superficie mejor a 25 micrones, i.e. ¼ del tamaño de un cabello humano, en las más diversas condiciones meteorológicas, con temperaturas que van desde los -20 ºC a 20 ºC y vientos del orden de 75 km/h. Además, en paralelo se construyó el centro de operaciones de ALMA o OSF (Operations Support Facility), localizado a 2.900 mts. de altitud en San Pedro de Atacama, donde se encuentra la sala de control del observatorio, así como los laboratorios donde se ensamblan las antenas. En Chajnantor se construyó el edificio del AOS (Array Operations Site), a 5.000 mts. de altitud. Este es el hogar del “correlacionador”, un supercomputador altamente especializado capaz de realizar 17 peta-operaciones por segundo, esto es, diez millones de veces más rápido que un computador de escritorio, y que tiene la misión de recibir las señales provenientes de las antenas, digitalizarlas y combinarlas para producir datos en condición de ser procesados y analizados por los científicos. 29 CIENCIA Las primeras imágenes científicas de ALMA fueron presentadas a la comunidad científica en noviembre de 2010. Ellas consistían en observaciones a objetos tan variados como núcleos de formación estelar, discos de polvo rodeando estrellas donde se forman planetas y aún galaxias distantes a miles de millones de años-luz. Estas demostraron la tremenda potencialidad del instrumento aún con solo las ocho antenas que contaba hasta esa fecha. El comienzo de la aventura Actualmente ALMA se prepara para su siguiente gran paso al haberse dado inicio el 30 de septiembre del presente año al período de observaciones llamado Ciencia Inicial. Para ello, de los más de 900 proyectos que postularon de todo el mundo para obtener tiempo en ALMA, se seleccionaron 112 proyectos a partir de su mérito científico y factibilidad técnica de observación. De éstos, el 10% corresponde a proyectos cuyos investigadores principales son miembros de la comunidad científica nacional. Estos 112 proyectos involucran líneas de investigación tan variadas como el estudio del medio interestelar, formación de estrellas, estudio de las galaxias y cosmología. Ciencia Inicial en ALMA es el principio de una nueva era en la radio astronomía mundial, donde ésta se une a la era de los grandes telescopios como el E-ELT a ser construido en nuestro país, de los cuales ALMA es el complemento. Además, con el comienzo de las operaciones de ALMA se abre la posibilidad de realizar significativos descubrimientos en astronomía, ampliando la frontera de nuestro conocimiento del Universo, del nacimiento y formación de estrellas y planetas, y de la formación y evolución de las galaxias a límites aún insospechados. Es importante mencionar que la construcción de este megaproyecto científico ha contado con la invaluable cooperación y ayuda permanente de Chile, no solo en lo relativo a facilitar el terreno y otorgar garantías para su construcción, sino que la construcción de ALMA ha contado con la participación 30 REVISTA OCCIDENTE ALMA es el principio de esta nueva era de colaboración y entendimiento. En nuestro caso, como chilenos hemos dejado de ser meros espectadores y nuestro país se ha vuelto por fin protagonista de este gran avance. de técnicos, ingenieros e incluso científicos chilenos, lo que ha sido crucial para el desarrollo de este verdadero proyecto mundial. El inicio de las primeras operaciones científicas de ALMA puede ser considerado un triunfo de la cooperación mundial, al menos en el mundo de la ciencia, por sobre las rivalidades y la competencia. Los nuevos desafíos científicos y técnicos que impone el siglo XXI nos muestran que si queremos avanzar como sociedad hacia un mundo mejor, la cooperación entre las naciones es la clave para el éxito. 31