Una cámara española a la caza de energía oscura

La cámara del proyecto PAU (Physics of the Accelerating Universe) se ha instalado con éxito en el telescopio William Herschel en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). Ya ha visto su primera luz y acaba de finalizar su puesta en marcha.

Este instrumento está especialmente diseñado para medir con precisión la distancia a las galaxias y estudiar así cómo el universo se está expandiendo cada vez más rápido, bajo la influencia de la misteriosa energía oscura que constituye el 70% del mismo.

La complejidad de la cámara de PAU y la necesidad de instalarla en el foco primario del telescopio William Herschel ha propiciado el desarrollo de una estructura de fibra de carbono, cuya ingeniería avanzada se ha desarrollado en España. La PAUcam es la única cámara del mundo en su tamaño con una estructura de fibra de carbono.

La PAUcam es la única cámara del mundo en su tamaño con una estructura de fibra de carbono

Otra innovación de la cámara se relaciona con la técnica usada para medir la distancia a las galaxias. Debido a que la luz viaja a velocidad constante, los objetos lejanos vistos en PAUcam son observaciones del estado del Universo hace miles de millones de años. Estos objetos se alejan de nosotros debido a la expansión del espacio, y por ello la luz observada tiene «corrimiento al rojo» – el equivalente del cambio de tono en la sirena de una ambulancia cuando se aleja de nosotros.

El corrimiento al rojo (o redshift en inglés) se mide con técnicas fotométricas, donde se fotografía el mismo objeto múltiples veces a través de filtros de diferentes colores. El diseño de PAUcam incorpora 40 filtros, a comparar con el número habitual de media docena, lo cual permite una precisión sin precedentes en la medida del «redshift»

“La cámara permite hacer estudios amplios y precisos de la expansión del Universo – señala Cristóbal Padilla, investigador de IFAE – Gracias a los 40 filtros incorporados y su gran campo de visión, la cámara puede conseguir en una sola noche de observación los espectros de baja resolución de unos 50000 objetos de forma simultánea. PAUCam es pionera, no solo en la técnica de medición, sino también en varios aspectos tecnológicos para este tipo de instrumentos”.

Telescopio Herschel

Consorcio de instituciones españolas

La PAUcam ha sido diseñada y construida en los últimos seis años por un consorcio de instituciones españolas formado por el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), el Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC/IEEC), el Port d’Informació Científica (PIC), el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Instituto de Física Teórica (IFT-UAM/CSIC).

Una vez instalada la cámara y tomada la primera luz, el instrumento está disponible para su explotación científica por la comunidad internacional tanto con medidas astronómicas como cosmológicas.

Los objetos lejanos vistos en PAUcam son en realidad observaciones del estado del Universo hace miles de millones de años

“La idea de construir un instrumento como PAUCam, capaz de aportar medidas significativas a la cosmología actual, surgió en 2007 en el contexto de un proyecto Consolider Ingenio 2010 del MINECO. Dicho programa tenía como objetivo la realización de proyectos altamente innovadores en España. El equipo actual de PAU, al que se unirán otros grupos europeos, tiene un ambicioso programa de explotar científicamente las capacidades de la cámara”, comenta Enrique Fernández, catedrático de la UAB y miembro de IFAE, que ha sido el coordinador del proyecto Consolider PAU.

Según Francisco Castander, investigador de ICE-CSIC/IEEC, “la comunidad internacional está dedicando muchos recursos a la comprensión del origen y evolución del universo y la cámara de PAU supone un avance en este proceso, proporcionando una nueva técnica de medición de la estructura y expansión del cosmos. Además, los datos de PAU proporcionaran información valiosa para futuras misiones espaciales como el satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA)”.

PAUcam va a permitir medir la distancia  con un error relativo de 0.3% para una gran cantidad de galaxias lejanas. Esto permitirá reconstruir mapas cósmicos muy antiguos (anteriores a la existencia de la Tierra) y ayudará a calibrar y refinar nuevas técnicas de observación. También permitirá clasificar en una sola noche decenas de miles de estrellas en nuestra galaxia o en galaxias cercanas.

España y México compiten por el mayor cazador de rayos gamma

Los eventos más violentos del universo, como las explosiones de supernova o los agujeros negros atiborrándose de materia, dejan un rastro inconfundible, pero invisible. Se trata de potentes destellos de rayos gamma, el tipo de radiación más energético que existe. Un solo estallido de rayos gamma puede liberar en unos segundos más energía que el Sol durante 10.000 millones de años. Pero la humanidad ha estado ciega a estos fenómenos hasta hace tan solo unas décadas por falta de instrumentos para captarlos. En los últimos años, gracias a los telescopios espaciales y terrestres, se ha conseguido explorar en torno a un 10% del universo en este espectro. El resto es tan desconocido como América para los europeos de 1400.

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La futura Red de Telescopios Cherenkov (CTA) será el observatorio de rayos gamma más grande del mundo y permitirá cartografiar gran parte de ese territorio desconocido. Se trata de una gran instalación internacional que comprenderá dos localizaciones, una en el hemisferio norte y otra en el sur, para poder cubrir todo el cielo. Hace unos días, los 13 países que financian el proyecto anunciaron que van a comenzar negociaciones con España y México para decidir cuál de los dos albergará el observatorio norte.

El CTA costará unos 200 millones de euros y se pretende completarlo en torno a 2020. Será 10 veces más potente que los telescopios Cherenkov actuales y entre sus principales objetivos está desvelar el origen de los rayos cósmicos y explorar la materia oscura. Posiblemente, creen los científicos, la interacción entre la materia convencional y la oscura produzca un rastro de rayos gamma particular que podría ser captado por los 120 telescopios de diferentes tamaños que se repartirán entre los dos observatorios. En conjunto, unos 1.500 científicos e ingenieros de 29 países participan en el proyecto.

“Conseguir albergar una instalación como esta no tendría precedentes en España”, resume Manel Martínez, físico del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) de Barcelona y coordinador de CTA-España. El lugar propuesto es el Observatorio del Roque de los Muchachos, donde ya hay telescopios de primera línea internacional como el Gran Telescopio de Canarias. El Gobierno central, el canario y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) llevan meses puliendo su candidatura, que creen superior a la de México. En parte se debe a que el país pretende contribuir con 40 millones de euros del total de 70 millones que costará el observatorio norte. La mayoría del dinero provendría de fondos de desarrollo regional de la Unión Europea.

México desbanca a EEUU

Por su parte, México ya ha desbancado al tercer competidor del norte, EEUU. El país propone situar los telescopios en el Observatorio Astronómico Nacional de San Pedro Mártir, en Baja California. “San Pedro está entre los cuatro mejores lugares del mundo para hacer astronomía, junto a Chile, Hawai y La Palma”, asegura Gagik Tovmasian, responsable de la candidatura del país norteamericano. Este astrofísico de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) dice que en su país hay un renovado interés por desarrollar grandes proyectos científicos con colaboración internacional, como el HAWC, otro observatorio de rayos gamma fruto de la colaboración con EEUU que comenzó a funcionar el mes pasado en el estado de Puebla. El país tiene poco dinero contante y sonante que ofrecer, dice Tovmasian, pero ya está haciendo una importante inversión en infraestructuras en el lugar donde se emplazaría el CTA y además la UNAM asumiría “la mayor parte de los costes de operación”, asegura.

Un estallido de rayos gamma puede liberar más energía en unos segundos que el Sol en 10.000 millones de años

España ya ha puesto “una pica en flandes”, opina Martínez. Se refiere a la construcción del primer prototipo de telescopio grande del proyecto, el LST, que se instalará en el Roque a finales de año. Cuando hay un estallido de rayos gamma, los satélites que observan este tipo de radiación en el espacio mandan una alerta a los observatorios terrestres. Estos tienen que reaccionar en cuestión de segundos para apuntar a la porción de cielo donde se ha producido el estallido y no perder la información excepcional que transportan sobre agujeros negros, supernovas, estrellas de neutrones y otros objetos. “El nuevo telescopio será capaz de reorientarse en menos de 20 segundos y todo estará completamente automatizado, porque para reaccionar tan rápido no puedes fiarte de ningún humano”, explica el físico Juan Cortina, del IFAE. Tanto él como Martínez resaltan que en la última reunión de marzo, la mayoría de los países miembros dejaron clara su preferencia por España. “Somos bastante optimistas”, resume Cortina. La decisión final sobre el emplazamiento se tomará antes de diciembre.

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