El telescopio gigante español que va a obtener imágenes nunca vistas del universo

¿Hasta dónde podemos llegar en nuestra observación del espacio? En astronomía, necesitamos telescopios cada vez más grandes si queremos ver detalles más pequeños y lejanos de estrellas, planetas y asteroides. También podemos tratar de acercarnos a esos cuerpos estelares enviando instrumentos al espacio, como el telescopio espacial James Webb. En cualquier caso, todo tiene un límite, pero la evolución de la tecnología y el surgimiento de nuevas ideas científicas siempre nos permiten ir un poco más allá.

El Observatorio del Roque de los Muchachos, en lo más alto de la isla de La Palma, puede contribuir al próximo gran avance. Este enclave, situado a más de 2.400 metros de altitud, cuenta con algunos de los telescopios más importantes del mundo, pero un nuevo proyecto podría darles una utilidad que no estaba prevista. La idea parte del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) y está financiada con 2,5 millones de euros por el Consejo Europeo de Investigación a través de una beca ERC Starting Grant. ¿Cuál es el objetivo? Una pequeña modificación en los telescopios Cherenkov o CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory) permitiría combinar sus señales y convertirlos en un nuevo instrumento virtual capaz de proporcionar imágenes que solo podría captar un gigantesco telescopio óptico de cientos de metros de diámetro.

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EFE

Cuando uno visita el observatorio de La Palma, llaman especialmente la atención los dos telescopios MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope), de 17 metros de diámetro, y el prototipo del Large-Sized Telescope (LST-1), de 23 metros, que formará parte del CTAO. Además de grandes, son distintos y su función también lo es. "No son los típicos telescopios ópticos, sino detectores de partículas aplicados a la astronomía", explica a Teknautas el investigador del CIEMAT Tarek Hassan, "una combinación entre un telescopio clásico y los detectores que se utilizan en la física de partículas". En lugar de realizar fotos a las galaxias gracias a la luz que nos llega del cosmos, miden fotones de manera indirecta. "Detectan cascadas de partículas que duran una millonésima de segundo, fotones de muy alta energía que chocan contra la atmósfera", comenta.

Así, estos telescopios Cherenkov hacen ciencia de manera indirecta: a partir de lo que captan en la atmósfera infieren fenómenos astronómicos extremos del cosmos, como las explosiones de supernovas. En concreto, el CTAO detecta rayos gamma y aún está en construcción: tendrá una red de telescopios en el hemisferio norte, en el Roque de los Muchachos, que en los próximos años incorporará otros tres telescopios LST, entre otros; mientras que la red de telescopios del hemisferio sur se ubica en el Cerro Paranal (Chile) y será mucho más grande.

La luz visible de las estrellas

El proyecto de Tarek Hassan, llamado MicroStars, consiste en aprovechar toda esta infraestructura para hacer algo muy diferente y que suena más a astronomía clásica: fotos a estrellas. "Tenemos el Sol muy cerca, pero las demás estrellas están tan lejos que es impensable captar imágenes de manchas solares o de la sombra de un planeta pasando por delante de ellas", comenta el investigador. Los investigadores del CIEMAT plantean que los telescopios Cherenkov, además de captar las cascadas de partículas, también tiene las características adecuadas para medir el brillo de una estrella, de forma muy rápida y con todos los telescopios a la vez. Un potente ordenador realizaría una serie de cálculos matemáticos muy simples pero de forma muy veloz para combinar todas esas señales y ofrecer una sola instantánea que ofrecería detalles inéditos.

La clave está en la separación que existirá entre los telescopios Cherenkov de La Palma, distribuidos en un área de un kilómetro cuadrado. Unificar la información que ofrecen equivale a contar con un solo telescopio de ese tamaño. En realidad, la idea no es muy original, ya que los radiotelescopios funcionan de esa manera. La técnica se conoce como interferometría y consiste en combinar varios telescopios separados. De esa forma se consiguió captar en 2019 la primera imagen de un agujero negro gracias al proyecto Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT), que convertía a todo nuestro planeta en un radiotelescopio enorme. Sin embargo, esta "sería la primera vez que tenemos una red con tantos telescopios haciendo interferometría óptica", destaca el investigador, "reconstruyendo imágenes de estrellas con luz visible".

Una de las partes más interesantes de esta propuesta es que desde el punto de vista técnico no tiene demasiadas complicaciones. "Vamos a intentar utilizar una cámara que ya existe en estos telescopios, pero haciendo una pequeña modificación en la electrónica", afirma Hassan. El cambio es muy pequeño y no perjudica a las observaciones de altas energías (rayos gamma) para las que ha sido diseñado el sistema. Además, estas observaciones se podrían realizar durante periodos en los que la Luna es muy brillante, cosa que en el proyecto de altas energías no es posible. "Estamos extendiendo la ciencia que podemos hacer sin quitar recursos ni tiempo de observación, así que implementar este nuevo sistema solo tiene ganancias", comenta. Desde el punto de vista económico, la modificación es tan pequeña que no sería costoso.

La beca ERC Starting Grant servirá para realizar una prueba de concepto en el Observatorio del Roque de los Muchachos desde ahora hasta 2028, cuando estarán operativos el resto de los telescopios Cherenkov de La Palma. La idea es explorar y analizar la versatilidad de los telescopios para este nuevo uso, que de momento no forma parte de la lista oficial de objetivos de este observatorio ubicado en los dos hemisferios. Sin embargo, si los investigadores del CIEMAT demuestran que funciona, tratarán de convencer al CTAO para que se incluya tanto en la isla canaria como en Chile, donde ese telescopio virtual tendría una mayor extensión . En cualquier caso, los científicos no se plantean combinar las señales de los dos hemisferios para este proyecto, sino que los dos grupos de telescopios trabajen por separado en un hipotético futuro.

El cinturón de Kuiper

Por otra parte, el proyecto MicroStars incluye una segunda rama no menos interesante: analizar los misteriosos asteroides del cinturón de Kuiper. Estos objetos están más allá del planeta Neptuno, tan lejos del Sol que no reflejan luz, así que son muy desconocidos y difíciles de estudiar. Según el experto, son muy interesantes porque "si aprendemos cuántos hay o cómo son, seríamos capaces de inferir cómo se formaron los planetas dentro de nuestro Sistema Solar".

En este caso, no sería necesaria la interferometría óptica, es decir, no haría falta combinar las señales de los distintos telescopios. "Cuando los asteroides pasan por delante de una estrella dejan una pequeña señal que sería medible por nuestros telescopios", explica Hassan. Frente a los telescopios ópticos convencionales, al ser tan grandes, son más precisos para captar fenómenos muy rápidos. "La atmósfera es como una piscina, las olas en la superficie producen luces y sombras en el fondo de la piscina, pero cuanto más grande sea tu telescopio, esas luces y sombras serán más pequeñas con respecto al tamaño del telescopio y, por lo tanto, tendrás menos ruido al realizar esas medidas", explica. Además, hacer lo mismo con varios de forma simultánea ofrecerá datos sobre la dirección y la velocidad de los asteroides. "Podemos averiguar su tamaño e incluso su forma, algo impensable hasta ahora", añade.

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Tanto para la fotografía de estrellas como para el estudio de los asteroides del cinturón de Kuiper, los científicos del CIEMAT van a necesitar desarrollar un superordenador específico. "Contamos con cierta infraestructura que ya utilizamos con los telescopios MAGIC, pero hay que escalarla, hacerla mucho más grande y potente", indica el responsable de MicroStars. El diseño de este nuevo hardware ad hoc para este proyecto será uno de los grandes desafíos a los que se van a enfrentar en los próximos cinco años.

Si lo pensamos bien, es difícil pedirle más a un proyecto de astronomía: multiplicar nuestra capacidad de observación del universo casi gratis. De hecho, por muchos recursos que se inyecten en grandes proyectos, "llega un momento en que es imposible crear telescopios de cientos de metros o de un kilómetro, sería inviable construirlos", reflexiona Hassan. Según explica, otros investigadores ya le estaban dando vueltas a la posibilidad de encontrar nuevos usos para los telescopios del CTAO, porque su potencial va más allá de la captación de rayos gamma. Sin embargo, el CIEMAT es el único que ha planteado "una idea realista" sobre cómo aprovecharlo.