El telescopio mexicano que localizará los fenómenos astrofísicos más energéticos del universo

El Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) desarrolló un proyecto de seis telescopios llamado DDOTI que será capaz de detectar destellos de rayos gamma, ondas gravitacionales y exoplanetas. Con motivo de la aparición de la primera luz en las observaciones astronómicas con el telescopio, los investigadores involucrados en el desarrollo de DDOTI presentaron los avances y el funcionamiento del telescopio instalado en el Observatorio Astronómico Nacional ubicado en San Pedro Mártir.

El Observatorio Astronómico Nacional (OAN) en San Pedro Mártir es uno de los pocos sitios privilegiados para la óptima observación astronómica en el mundo. La Sierra de San Pedro Mártir, en el estado de Baja California, posee condiciones naturales que permiten la plena contemplación del cosmos en el visible y el cercano infrarrojo.

Desde los años 60, el Instituto de Astronomía (IA-UNAM) opera y desarrolla el OAN en San Pedro Mártir. En 1979, el instituto inauguró uno de sus grandes telescopios con una apertura de 2.1 metros y desde entonces se han desarrollado numerosos telescopios de nueva tecnología. El reciente progreso que logró el IA-UNAM requiere inversión y tecnología para impulsar el desarrollo de proyectos astronómicos en San Pedro Mártir para continuar con el alto impacto de la astronomía mexicana a nivel mundial, además de permitir el acceso a las nuevas generaciones de astrónomos en México a la infraestructura de innovación.

San Pedro Mártir es una locación que permite a México ser protagonista en el perfeccionamiento de la ciencia astronómica, es por ello que ha sido finalista para albergar grandes proyectos internacionales como LSST, CTA y TMT.

Es el último sitio de excelencia para la observación óptico-infrarroja en ser aprovechado para asegurar la calidad en cuanto a transparencia del cielo, porcentaje de noches despejadas y estabilidad de la imagen a través de la turbulencia. San Pedro Mártir, zona relativamente seca, tiene las condiciones naturales para potenciar los efectos de la atmósfera como los ciclos oscuros del clima, la cantidad de vapor de agua y la absorción misma de los componentes de la atmósfera.

Para el director del IA-UNAM, Jesús González González, es de suma importancia potenciar los múltiples y probados beneficios de los desarrollos astronómicos en la formación de recursos humanos en ciencia básica y aplicada, así como en la derrama e industria tecnológica del país que lleve a México a una mayor independencia y fortaleza. Es necesario el desarrollo en cuanto a infraestructura, accesibilidad, protección y desarrollo de nuevos proyectos con socios estratégicos nacionales e internacionales para propiciar el progreso científico para la astrofísica observacional mexicana.

¿Qué es DDOTI?

DDOTI, por sus siglas en inglés, significa Deca-Degree Optical Transient Imager. En español, el telescopio para transitorios ópticos de una decena de grados es el nuevo proyecto instalado en el OAN en San Pedro Mártir.

Este conjunto de seis telescopios será capaz de localizar con alta precisión los fenómenos astrofísicos más energéticos del universo como son las explosiones de supernova, colisiones de agujeros negros o la fusión de estrellas de neutrones cuyas contrapartes en luz visible podrán ser detectadas y estudiadas con los telescopios que conforman el proyecto.

“En la astronomía, un desarrollo te lleva a otro, entonces DDOTI surge a partir de una colaboración que tuvimos para hacer una nueva cámara y robotizar un telescopio antiguo. La idea tiene aproximadamente tres años, combinando desarrollos comerciales como los tubos para los telescopios. No tuvimos que desarrollar cada uno sino el concepto que es lo que lo hace diferente. Combinar estos objetos desarrollados por la industria nos sirve para atacar tres temas fundamentales en astronomía hoy en día, que son los destellos de rayos gamma, el seguimiento y detección de las contrapartes electromagnéticas de las ondas gravitacionales y la búsqueda cercada de exoplanetas”, comentó Jesús González.

El telescopio es robótico y toma sus propias decisiones. Responde automáticamente a las alertas de satélites y de experimentos de ondas gravitacionales. También es remoto y se puede operar en vivo desde el IA-UNAM. Actualmente DDOTI cuenta con solo dos telescopios. Al término de este año estarán listos los otros cuatro telescopios direccionales; sin embargo, en el IA-UNAM ya empezaron a hacer ciencia poniendo a punto el sistema de respuesta, de control de telescopio y de apuntado que respondió mostrando la primera luz detectada en lo que va de su funcionamiento.

Los primeros dos telescopios de DDOTI fueron capaces de detectar la primera imagen de luz que muestra las galaxias que conforman el Cúmulo de Virgo.

El proyecto DDOTI, con sus seis telescopios, tuvo un costo total de 6.3 millones de pesos. El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) aportó aproximadamente 60 por ciento del costo total, mientras que la UNAM colaboró con 20 por ciento y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) con el otro 20 por ciento, contribuyendo con los cuatro telescopios direccionales que estarán montados al 100 por ciento a principios de 2018.

Algunos de los investigadores del Instituto de Astronomía encargados del proyecto son Jesús González González, doctor en física y director del  IA-UNAM; Yilen Gómez Maqueo, investigadora y doctora en física; William Lee Alardín, doctor en física y coordinador de Investigación Científica de la UNAM, y Alan Watson Forster, doctor en astronomía e investigador titular del IA-UNAM.

Detección de destellos de rayos gamma

Alan Watson Forster, investigador en el Instituto de Astronomía, explicó que los rayos gamma son las explosiones más brillantes del universo. Estos fenómenos pueden ocurrir cuando una estrella muere en una supernova. Después de que este acontecimiento sucede, se puede observar la contraparte de la explosión en luz visible con DDOTI.

Los rayos gamma emitidos por dichas explosiones han sido detectados por dos satélites de la NASA: Fermi y Swift. Los dos detectan alrededor de 100 destellos por año y cuentan con un telescopio de rayos X para determinar la posición del destello. En el Observatorio Astronómico Nacional, llevan cinco años estudiando las explosiones con el telescopio de 1.5 metros.

“Aquí es donde entra DDOTI que va a rastrear un área de 10 grados buscando una fuente nueva que suba y baje el brío relacionado con los rayos X que detectan los destellos de rayos gamma. Una vez que lo localicemos, lo vamos a estudiar con los telescopios que también usamos con los destellos de Swift y Fermi y este será un gran avance para el campo de destellos de rayos gamma. Vamos a tener muchos datos y de mayor calidad. DDOTI tiene una característica que es única, tiene un amplio campo de visión que es 120 veces más grande que el tamaño de la luna”, ratificó Alan Watson Forster.

Detección de ondas gravitacionales

El investigador del IA-UNAM, William Lee Alardín, explicó que las ondas gravitacionales son perturbaciones u “olas” que suceden en el espacio-tiempo y son producidas por el movimiento de grandes cantidades de materia a velocidades muy elevadas. Son una predicción de la teoría general de la relatividad publicada por Albert Einstein en 1915 pero no se habían observado sus consecuencias hasta hace poco más de un año.

Una fuente típica de estas perturbaciones puede ser la órbita mutua de parejas de materia como dos estrellas de neutrones, dos agujeros negros, o bien uno de cada uno. Conforme se van acercando, giran cada vez más rápido hasta que se funden en un solo objeto y se crea lo que se conoce como el horizonte común de eventos; esto sucede cuando se da la mayor intensidad de emisión de ondas gravitacionales, se convierte en una sola materia y la emisión de ondas gravitacionales prácticamente desaparece.

Las ondas gravitacionales fueron detectadas directamente por primera vez por un experimento en el observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en septiembre de 2015 y desde entonces han ocurrido varios eventos como son fusiones de agujeros negros supermasivos, cada uno con alrededor de 30 veces la masa del sol, que producen un temblor en el espacio-tiempo que se propaga a la velocidad de la luz y que estos detectores pueden observar.

Anteriormente, se había examinado el efecto que las ondas tienen sobre ciertos sistemas pero no se habían detectado las ondas, ya que para detectarlas hacen falta telescopios muy especiales tales como los que componen a DDOTI.

“Uno esperaría que esta emisión en ondas gravitacionales también va a producir luz en infrarrojo, en rayos gamma o visible o en alguna otra longitud de onda que se pueda observar con telescopios convencionales. Si se logra hacer esa correlación, entonces se puede aprender muchísimo más sobre la fuente. Las ondas gravitacionales son una manera completamente distinta de observar el universo que lo que hemos tenido hasta el año pasado. Todos los tipos de luz distinta, la luz visible, la radiación infrarroja, las ondas de radio, los rayos X, los rayos gamma, todas son ventanas distintas de un mismo espectro: radiación electromagnética. Las ondas gravitacionales no son una nueva ventana en ese mismo espectro, son otro espectro completamente distinto que da información complementaria. Entonces tiene un valor muy interesante”, manifestó William Lee Alardín.

El telescopio trata de abarcar la mayor parte de la superficie de la caja de error para detectar si hubo un cambio y determinar dónde fue. Cuando estén los seis telescopios de DDOTI, se podrá abarcar cinco coberturas de campo lo más profundas posible. Se podrá hacer esta misma cobertura y después hacer el procesamiento de los datos para determinar dónde fue la emisión visible de esta fuente.

Detección de exoplanetas

Otra característica de DDOTI será la detección de exoplanetas y jupiteres calientes. Un exoplaneta, afirma la investigadora Yilen Gómez Maqueo, es un planeta que está alrededor de otra estrella ubicada más allá del sol.

Un júpiter caliente es un exoplaneta que tiene aproximadamente la misma masa que el planeta Júpiter y que puede tener menores o hasta dos veces más el tamaño de este planeta tardando de uno a diez días en dar la vuelta a su estrella. Son planetas gaseosos que no existen en nuestro sistema solar y que deben estudiarse en el exterior y alrededor de las otras estrellas.

“Necesitamos estudiarlos más. De todos los exoplanetas que se conocen, más de dos mil que han sido confirmados, solamente hay algunos cientos de ellos que son jupiteres calientes. Entonces, todavía tenemos que explorar cómo se formaron y cómo es que llegan tan cerca de su estrella. Sabemos que se tienen que formar más alejados ya que cerca de su estrella está demasiado caliente el ambiente y además tenemos que poder explicar cómo es que llegan a tener tamaños tan variados”, confirmó Yilen Gómez Maqueo.

Finalmente, ¿cómo los detectará DDOTI? Va a medir la luz de todas las estrellas que están en su amplio campo de visión y observará cómo se mueve o cómo eclipsa un exoplaneta a su estrella y localizará una caída en la cantidad de luz que se detecta.

Aunado a la complejidad de los retos de DDOTI, los seis telescopios también se enfocarán en tres proyectos más de astrofísica de vanguardia: 1) la detección de exoplanetas de tipo joviano que se encuentren muy cerca de su estrella, liderado por Yilen Gómez Maqueo y Mauricio Reyes; 2) la generación de un censo cosmológico de núcleos activos de galaxias asociados a la presencia de agujeros negros supermasivos en sus centros galácticos, liderado por el doctor Nathaniel Butler, de la Universidad Estatal de Arizona; y 3) la detección y confirmación de estrellas recién nacidas muy cercanas a nuestro sistema planetario, todas ellas en la Vía Láctea, por el doctor Carlos Román, astrónomo del IA-UNAM.

Fuente: CONACYT.