El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano

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Hace más de 25 años un grupo de astrónomos de México y de la Universidad de Massachusetts (UMASS), en Amherst, iniciaron una colaboración para erigir una infraestructura astronómica que fuera altamente competitiva en el concierto de las grandes ideas y proyectos de la época.

 

El objetivo establecido fue la construcción de un enorme telescopio con instrumentación de vanguardia, ubicado en un sitio climatológicamente privilegiado y que brindara acceso a la bóveda celeste del hemisferio sur. Tal infraestructura proporcionaría importantes frutos científicos, algunos de ellos revolucionarios, superando, con mucho, las capacidades de los observatorios disponibles, aún en la actualidad.

          El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) (ver figura 1), con un diámetro de 50m en la superficie reflectora primaria, es el telescopio más grande del mundo de plato único diseñado y optimizado para realizar observaciones astronómicas en bandas milimétricas; incluso, sub-milimétricas (0.8-4mm). Permite detectar luz milimétrica de una gran variedad de objetos celestes y regiones aledañas, en donde están teniendo lugar la formación y evolución de estructuras como planetas, estrellas y galaxias, caracterizados por poseer una temperatura muy baja, del orden de 230 grados Celsius bajo cero. Se encuentra ubicado en la cima del extinto volcán Sierra Negra o Tliltépetl, aproximadamente a 4,600 metros sobre el nivel medio del mar y a un costado del Pico de Orizaba.

La superficie del GTM -equivalente a medio campo de futbol profesional- está constituida por 180 segmentos, y cada uno de ellos por 8 paneles de níquel y más de 2,500 componentes mecánicas. Los segmentos están equipados con cuatro ajustadores electro-mecánicos, cuya función es corregir, en tiempo real, las deformaciones que sufre la gran antena ocasionadas por su peso –de casi 2,000 toneladas–, y por los cambios de temperatura. Su gran apertura permite obtener una resolución espacial de 5 arco segundos a 1.1mm, sólo superada por arreglos interferométricos (ver contribución sobre interferometría de base muy larga en este número) como el Atacama Large Millimeter Array, en Chile, o el Submillimeter Array, en Hawai. Por sus características, el GTM será, sin duda, unos de los grandes actores mundiales en el desarrollo de la astrofísica de frontera en la próxima década.

En el 2014 se emitió la primera llamada a propuestas de observación con el GTM, que ofrecía a los socios del proyecto –la comunidad científica mexicana y colegas de la UMASS–, la oportunidad de hacer observaciones nocturnas durante casi un semestre completo, utilizando los 3 anillos interiores (de 32 m de diámetro) del GTM. Desde entonces se han publicado cuatro convocatorias en las que se sometieron a evaluación casi 250 proyectos de investigación, con la participación de más de 300 investigadores de todo el planeta (85 instituciones de 27 países, en los 5 continentes). En México participaron investigadores y estudiantes de 13 instituciones ubicadas desde Baja California hasta Chiapas.
Los temas científicos abordados a lo largo de esas cuatro temporadas, que corresponden a, aproximadamente, 12 meses de observaciones, son extremadamente variados, desde estudios de fuentes milimétricas muy cercanas, en nuestro sistema solar y objetos celestes de la Vía Láctea, hasta galaxias en el Universo distante, cuando éste tenía apenas una pequeña fracción de su edad actual (menor a 10%), estimada en 13,700 millones de años. A las contribuciones del GTM se debe agregar la espectacular imagen del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la galaxia Messier 87, y que se describe en este número. Las investigaciones realizadas con el GTM se han cristalizado en unos 25 artículos ya publicados en revistas de impacto y prestigio internacional, los cuales pueden ser consultados en la página del GTM.

Quizá uno de los resultados más impresionantes hasta la fecha1, ciertamente con algo de sesgo de los autores, ha sido el estudio del anillo de polvo que circunda a nuestra estrella vecina, Épsilon Eridani (EE), que se encuentra a tan solo 10 años luz de distancia.
EE es una estrella un poco más fría que nuestro Sol, con una masa también un poco menor y mucho más joven, de apenas unos 800 millones de años –el Sol tiene una edad estimada de 4,500 millones de años–. Desde hace más de 30 años se sabía que EE alberga un cinturón de polvo de muy baja temperatura a una distancia equiparable al tenue anillo de material que gira en torno al Sol más allá de la órbita de Neptuno, conocido como cinturón de Edgeworth-Kuiper. La principal motivación para las observaciones con el GTM y unos de sus instrumentos de primera luz: la cámara de continuo AzTEC, radicó en el debate que existía sobre si las inhomogeneidades percibidas con otros telescopios eran propiciadas por la perturbación de un planeta de las dimensiones de Neptuno que orbita EE, a unas 40 veces la distancia que separa la Tierra del Sol.

La espectacular imagen que obtuvimos con el GTM (ver figura 2), mostró –por primera vez– la emisión estelar y el anillo de polvo completo; gracias a ésta se pudo conocer su geometría y que, dentro de los errores asociados con la observación, éste tiene una estructura homogénea. Además, demostró que el abrillantamiento en secciones del anillo encontrado con otros telescopios menos sensibles, bien podría tratarse de galaxias muy luminosas, distantes e imperceptibles con telescopios ópticos, que presentan una prominente formación de nuevas generaciones de estrellas.

 Un porcentaje importante de las observaciones del GTM se ha llevado a cabo para el estudio de sistemas estelares muy lejanos, tanto con la cámara AzTEC como con el espectrómetro denominado Receptor de Corrimiento al Rojo (RSR, por sus siglas en inglés). Una de las investigaciones extragalácticas muy interesantes fue aquella liderada por un joven ex-doctorando del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). El GTM –equipado con el RSR–, se apuntó en la dirección de la constelación de Hydra, hacia un objeto identificado como HATLAS J090045.4+004125 (o G09-83808). Años antes, el Observatorio Espacial Herschel mostró evidencia de que G09-83808 poseía colores extremadamente rojos, probablemente asociados con la expansión del Universo, debido a la enorme distancia que nos separa de ese objeto, un efecto que en astrofísica se conoce como corrimiento al rojo.

Los objetivos de las observaciones de la galaxia G09-83808 con el GTM fueron estimar su contenido de polvo y gas molecular, así como determinar cuánto de ese material se está convirtiendo en nuevas generaciones de estrellas, y confirmar que sí se trata de una galaxia muy distante. Los resultados fueron más que satisfactorios (figura 3). La identificación de moléculas como el monóxido de carbono y agua en las imágenes espectroscópicas obtenidas permitieron concluir que, efectivamente, no sólo es una galaxia distante, sino la segunda más lejana jamás detectada con prominente formación estelar.

http://www.cyd.conacyt.gob.mx

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