Nota del editor: Este es el segundo artículo de una serie de cinco reportajes sobre grandes instalaciones científicas que se encuentran en construcción en América Latina. Ayer publicamos como Un laboratorio bajo los Andes buscará develar varios misterios del universo Lea mañana sobre los planes de tener un detector de ondas gravitacionales.

Dos leviatanes de la astronomía óptica han recibido luz verde –y dinero– para levantarse bajo la desecada y estable atmósfera del alto desierto chileno. Arrogantes, masivos, ágiles, magníficamente extragalácticos, ambos serán eficientes refinerías de luz, recolectando cantidades alucinantes de fotones con qué resolver las ecuaciones de la astronomía y cosmología del futuro.

El Giant Magellan Telescope será un monstruo con un ojo compuesto de siete pupilas: siete espejos de 8,4 metros de diámetro, conectados a un solo nervio óptico, que trabajarán en concierto formando una apertura efectiva de 25 metros. Financiado por un consorcio de 11 universidades en Australia, Brasil, Corea y Estados Unidos, el GMT abrirá sus párpados al cielo en 2021 en el cerro Las Campanas, a 2,515 metros de altura en pleno desierto de Atacama. Su estructura ocupará un edificio de 22 pisos, y aunque pesará 1,100 toneladas, se moverá sobre sus cojinetes hidrostáticos con la sutileza y precisión del más fino reloj suizo.

La fabricación de cada espejo del GMT es una de las maravillas de la ciencia moderna. Tiene lugar en el Steward Observatory Mirror Lab la Universidad de Arizona, pionero de la óptica astronómica. Hasta el momento se han fundido y pulido cuatro de los siete, derritiendo 20 toneladas de vidrio borosilicato obtenido a partir de arena de la Florida. Moler y pulir cada espejo de una pieza toma al menos dos años de trabajo computarizado las 24 horas del día, trabajando con exactitud nanométrica para darle una sutil forma de silla de montar.

Fabricacación de uno de los espejos para el GMT. / Universidad de Arizona

Hambriento de luz

Aún más extremo y hambriento de luz es el European Extremely Large Telescope, E-ELT, un proyecto del Observatorio Europeo Austral, ESO. Para 2022, el artilugio, cuyo espejo principal consistirá de 798 segmentos hexagonales de metro y medio que unidos formarán una superficie de 39,3 metros de diámetro, será el telescopio óptico más grande del mundo.  Asentado en el cerro Armazones, a 3.060 metros de altura, el telescopio recogerá 13 veces más luz que el más poderoso de los telescopios en existencia hoy. A pesar de sus 2.800 toneladas, el aparato deberá rotar con la gracia y agilidad de una bailarina de ballet para cambiar de orientación según la agenda de observaciones de cada noche.

Si el GMT tiene una superficie total recolectora de 368 metros cuadrados y podrá ver 10 veces con más claridad que el Telescopio Espacial Hubble, el E-ELT, con 978 metros cuadrados, lo hará con 16 veces más resolución, dentro de una competencia que solo puede traer beneficios para la comunidad astronómica internacional.

En ambos telescopios, los delgados espejos secundarios aprovecharán las bondades de la óptica adaptativa, quizás el adelanto más importante en la tecnología del rango visible. Miles de pequeños motorcillos actuadores en la espalda de esos espejos secundarios aplicarán diminutas cantidades de fuerza para manipular la forma del espejo y corregir en tiempo real la distorsión causada por la turbulencia de la atmósfera terrestre, que hace borrosos los detalles más finos de los objetos cósmicos.

En el caso del GMT los 4.700 actuadores podrán deformar el espejo secundario a razón de mil veces por segundo. Por su parte, el del E-ELT tendrá hasta 8.000 de ellos. Según los directores de ambas organizaciones, la óptica adaptativa permitirá imágenes que son 98 por ciento equivalentes a las de un telescopio óptico en el espacio, desde el punto de vista de definición de la imagen.

Los espejos primarios, es decir los grandes, también tienen un sistema para corregir su posición, llamado óptica activa, que moldea el espejo para prevenir su deformación por cambios de temperatura o estreses mecánicos –y que no hay que confundir con el trabajo de filigrana que hacen los actuadores adaptativos en los espejos secundarios.  

Pero si los espejos son la ventana al universo, la instrumentación en la base de estos telescopios es la que permite capturar las imágenes necesarias para llevar a cabo la ciencia. Tanto el GMT como el E-ELT tendrán una amplia variedad de espectrógrafos de vanguardia que se encargarán de separar la luz en un espectro de frecuencias, y grabarán la señal usando una cámara.

Como cambiándose de gafas en cuestión de minutos, los espectrógrafos otorgarán imágenes de objetos en el rango infrarrojo cercano.

“El infrarrojo cercano es menos afectado por el polvo en el medio interestelar”, dice Wendy Freeman, presidenta de la junta directiva del GMT: “De tal manera que las regiones inaccesibles en la espectrografía óptica pueden estudiarse en este otro rango”.

Gracias a gigantes como estos (a un costo de $1.178 millones USD para el E-ELT y $1.000 millones USD para el GMT), la astronomía está a punto de reinventarse a sí misma durante las próximas décadas.

Panorama del cerro Armazones, el lugar elegido para el European Extremely Large Telescope, E-ELT. / E-ELT

La ciencia que permitirán los mega telescopios ópticos

Incluso si su construcción está apenas comenzando, los proyectos científicos se agolpan ya a las puertas de ambas organizaciones astronómicas. Y aunque la ciencia más emocionante podría ser algo que nadie ha anticipado, ya se destacan propuestas específicas que quieren usar el GMT y el E-ELT para:

  • Descubrir planetas potencialmente habitables alrededor de las estrellas más cercanas y frías.  Esos planetas serán entonces el objeto de nuevos esfuerzos para detectar señales de vida.
  • Rastrear el calor infrarrojo de planetas de muy poca masa que escapan a los telescopios presentes.
  • Entender la verdadera naturaleza de planetas gigantes de gas, como Júpiter, y comparar sus atmósferas.
  • Estudiar las estrellas con una variabilidad magnética alta y las estrellas más pequeñas, que tienen más posibilidades de alojar planetas como el nuestro.
  • Obtener el espectro de estrellas masivas como las supernovas para entender las “cavidades fosilizadas” que dejan en el espacio, al explotar.
  • Mapear las regiones donde hay galaxias hiperactivas formando cientos de estrellas cada año.
  • Caracterizar atmósferas de exoplanetas.
  • Sondear las primeras etapas de formación de sistemas planetarios primordiales.
  • Detectar moléculas orgánicas.
  • Entender la física de galaxias corridas al máximo del rojo (que se alejan de nosotros) y estudiar cómo se ha ensamblado en ellas la materia bariónica, aquella que sí podemos ver.
  • Tomar medidas directas de la aceleración de la expansión del universo, observando la dinámica global de los objetos y su efecto en el medio intergaláctico.
Maqueta del Giant Magellan Telescope, compuesto de siete espejos. / GMT