Un espectrómetro para el Telescopio Extremadamente Grande (ELT por sus siglas en inglés)
La employeneur Annemieke Janssen de TMC Physics está trabajando intensamente en la construcción del telescopio óptico más grande del mundo en el Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés) en Chile. El ‘telescopio Extremadamente Grande’ (ELT) tiene un diámetro de espejo primario no inferior a 39 metros. Un proyecto de esta magnitud presenta algunos retos interesantes.
Annemieke es una ingeniera de sistemas del Grupo de Instrumentación de Infrarrojos Ópticos de NOVA (Instituto Holandés de Radioastonomía), auspiciado por Astron, un radio observatorio situado en Dwingeloo, donde ella trabaja. Como experta en el campo de la instrumentación astronómica, Annemieke está colaborando en el diseño de uno de los instrumentos para el telescopio.
‘El diseño y la construcción del telescopio y los instrumentos es un proceso muy intensivo y se necesitarán más de 10 años’, comenta Annemieke. ‘Importantes consorcios internacionales participan en los proyectos de instrumentación, y viajo con regularidad a París o Múnich. Cada dos años, se celebra una conferencia sobre instrumentación astronómica. A esta conferencia acude un selecto grupo con la misma experiencia, por lo que puedo reunirme con muchos conocidos
Los proyectos en los que trabaja el Grupo de Instrumentación de Infrarrojos Ópticos de NOVA son temporales y, por lo tanto, solo un número limitado de personas trabaja con contrato fijo. ‘Para mí, resulta ideal trabajar como employeneur en este proyecto a través de TMC. Debido a que se usa la financiación del proyecto, y se trata de un trabajo temporal, existen pocas posibilidades de lograr un contrato permanente’.
La fase experimental
Un telescopio capta la luz y la enfoca en un plano focal. Para crear imágenes o espectros, debe colocarse un instrumento en el telescopio. Con frecuencia, se trata de una cámara o un espectrómetro. Annemieke explica que MOSAIC podría ser uno de los instrumentos del ELT. MOSAIC es una combinación de dos espectrómetros iguales que funcionan con luz visible (450-900 nm) y dos espectrómetros idénticos que funcionan en el rango de infrarrojos (900–1800 nm). ‘Por el momento, este proyecto se encuentra en fase experimental, y yo estoy trabajando en el espectrómetro para luz visible. Este año se decidirá si es viable la construcción del instrumento y si cumple con los deseos de los astrónomos. Si se aprueba el concepto, haremos un diseño más detallado y construiremos el instrumento’.
El reto de obtener una visión general
Con frecuencia, la gente se pregunta por qué se necesita tanto tiempo para el proceso de diseño y fabricación. Ya hay muchos espectrómetros en este rango de longitud de onda para otros telescopios, como el ‘Telescopio Muy Grande’ (VLT por sus siglas en inglés). Podría considerarse la posibilidad colocar un instrumento del VLT en el ELT, pero Aneemieke explica la razón por la que no resultaría práctico: ‘El primer problema es el tamaño del plano focal, donde se conectan el telescopio y el instrumento. Supongamos que queremos observar una parte del cielo del tamaño de la luna (0,5° x 0,5°). El plano focal del VLT es ligeramente superior a 1 m x 1m, mientras en el ELT es de casi 6 m x 6 m. La diferencia es un factor de cinco de longitud y 25 de área. Debemos aceptar que la parte visible de cielo se ha hecho 25 veces más pequeña o que el instrumento tiene que ser más grande. Desafortunadamente, un instrumento no puede simplemente hacerse cinco veces más grande, porque el tamaño de los detectores y los componentes ópticos, como las lentes, espejos y prismas, es limitado’.
Transporte de luz
En MOSAIC, el plano focal alcanza 1,5 m de longitud. No resulta viable crear espectros de superficie completa. A cambio, la utilización de fibras de vidrio permite seleccionar las posiciones en el plano focal, donde se encuentran las estrellas y las galaxias. Entonces, las fibras de vidrio ‘transportan’ la luz del plano focal al espectrógrafo. ‘Esto ayuda’, dice Annemieke, ‘pero el instrumento sigue tendiendo a ser más grande. No solo se incrementa el plano focal en un factor de cinco frente al VLT, sino la proyección de una fuente puntual en el plano local también aumenta en un factor superior a cinco. Por ejemplo, una estrella se visualiza a 3 mm x 3 mm, es decir, un tamaño demasiado grande para adaptarlo a una fibra de vidrio. Por esta razón, se necesitan varias fibras de vidrio para transportar la luz de una estrella al espectrógrafo’.
Construcción de lentes más grandes
La construcción de un espectrógrafo grande con lentes grandes puede ser una solución, pero la producción necesita un tiempo. Annemieke: ‘La producción de una lente de 40 cm de diámetro puede llevar más de un año. En primer lugar, debe fundirse el cristal en un horno y se necesitarán hasta seis semanas para su enfriado. El cristal tiene que enfriarse muy lentamente para conservar la homogeneidad. A continuación, se inspecciona el cristal y se pueden aplicar revestimientos’. Sin embargo, la mayor parte del tiempo se dedica a crear un diseño detallado antes de fabricar las lentes. Annemieke continúa: ‘Un diseño surge tras años de interacción entre ingenieros, astrónomos y técnicos en su intento por desarrollar el instrumento ideal. Ese instrumento, que deberá ser viable y asequible desde el punto de vista económico, puede usarse para interesantes trabajos de investigación. Espero viajar a Chile en alguna ocasión para ver el telescopio en la vida real’.
