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Los telescopios ven más lejos
Los astrónomos han descubierto la galaxia más antigua y distante que jamás hayan visto, utilizando trucos ópticos tanto celestes como artificiales. Si bien la observación de la galaxia tal como existía solo dos mil millones de años después del Big Bang es científicamente significativa por derecho propio, también sirve como un adelanto de lo que vendrá cuando los astrónomos adopten una técnica sofisticada llamada óptica adaptativa para mirar mucho más profundamente en El cielo nocturno.
Espejo Espejo: Dentro del telescopio Keck II, un espejo de 10 metros de ancho (abajo) recoge la luz de las estrellas y la refleja en un espejo secundario más pequeño (arriba), que a su vez la dirige a otros instrumentos, incluido el sistema de óptica adaptativa.
El equipo de astrónomos, de Caltech y la Universidad de Durham, en Inglaterra, anunció sus hallazgos en la revista Nature la semana pasada. Usando el telescopio Keck en Hawái, examinaron una galaxia a 11 mil millones de años luz de la Tierra. Anteriormente, los astrónomos no habían podido ver más de siete u ocho mil millones de años luz. Debido a que mirar a través de distancias astronómicas es el equivalente a mirar atrás en el tiempo, la observación acerca a los astrónomos mucho más al nacimiento del universo, hace aproximadamente 13 mil millones de años.
Para detectar una galaxia a una distancia tan grande, los astrónomos utilizaron dos trucos ópticos. Uno es un fenómeno natural llamado lente cósmica, que explota la capacidad de la gravedad para desviar la luz. Una galaxia que está alineada con precisión entre los astrónomos y el objeto que quieren mirar desviará la luz del objeto a su alrededor, reenfocando hacia los astrónomos. Eso les da una imagen unas ocho veces más nítida que si hubieran intentado mirar solo el objeto distante.
Pero cuando el objeto es una galaxia que tiene solo unos pocos miles de años luz de diámetro (a diferencia del diámetro de 100.000 años luz de la Vía Láctea) y 11 mil millones de años luz de distancia, ocho veces la nitidez todavía produce poco más de una punto de luz. Los astrónomos utilizan la óptica adaptativa para hacer que la imagen sea lo suficientemente clara como para obtener información útil.
Multimedia
Mire un video sobre óptica adaptativa y vea una animación del Observatorio de Treinta Metros.
Se puede pensar en la luz como una onda, con una serie de frentes de onda que se mueven a través del espacio, al igual que los frentes de las olas del océano que ruedan en tierra. Normalmente, el frente de una onda de luz es plano. Pero a medida que atraviesa la atmósfera turbulenta de la Tierra, se distorsiona, más como cartón ondulado irregular. Esta turbulencia es lo que hace brillar a las estrellas y reduce la resolución de un telescopio. Entonces, el Keck usa un sistema de óptica adaptativa que mide esa turbulencia y la corrige.
Para realizar la medición, un láser terrestre dispara un rayo de luz al aire, donde incide en una fina capa de sodio depositada por meteoros que se queman en la atmósfera, a unos 90 kilómetros de altura. El sodio refleja la luz láser hacia el espejo principal del telescopio, que lo dirige a una serie de sensores de frente de onda que miden cuánto la atmósfera ha distorsionado la onda de luz. Con base en estas mediciones, una computadora hace que una serie de brazos actuadores empujen y tiren de un conjunto de espejos pequeños y deformables. Los actuadores doblan los espejos aproximadamente un micrómetro (aproximadamente una centésima parte del grosor de un cabello humano) muchas veces por segundo, cancelando la turbulencia de la atmósfera. A continuación, una cámara registra el frente de onda corregido. El astrónomo de Caltech Richard Ellis dice que el resultado es una imagen de mayor calidad que la que obtienen los astrónomos con el Telescopio Espacial Hubble, que no tiene distorsión atmosférica con la que lidiar.
Con los ojos abiertos: La representación de un artista muestra el espejo del telescopio de treinta metros propuesto dentro de la cúpula del observatorio.
Los científicos descubrieron que la galaxia distante estaba girando, al igual que las galaxias giran hoy, pero que aún no había formado los brazos espirales que muestra nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Para Ellis, que está tratando de comprender cómo evolucionó el universo y es uno de los autores del artículo, la observación es significativa. Nos dice que el universo estaba realmente bastante organizado cuando tenía solo del 10 al 15 por ciento de su edad actual, dice.
Aunque el concepto de óptica adaptativa ha existido durante décadas, solo en los últimos años se ha vuelto lo suficientemente sofisticado y fácil de usar como para convertirse en una parte rutinaria de la astronomía. El sistema se instaló en el telescopio Keck II en 2004 y fue el primero en un telescopio de ese tamaño. Desde entonces se ha utilizado para proporcionar vistas más claras de objetos astronómicos, pero nada tan distante como la galaxia vista la semana pasada. El sistema de óptica adaptativa de Keck II, sin embargo, palidece en comparación con lo que está planeado para el nuevo Telescopio de Treinta Metros (TMT), que es un equipo estadounidense-canadiense que incluye a Caltech, la Universidad de California y la Asociación de Universidades Canadienses para la Investigación. en Astronomía se desarrollará durante la próxima década. Se espera una decisión sobre si colocarlo en Mauna Kea, en Hawai, donde está el Keck, o en Chile el próximo año.
El TMT tendrá nueve veces el área de captación de luz del Keck II, cuyo espejo principal tiene 10 metros de ancho. Y según Brent Ellerbroek, líder del grupo de óptica adaptativa del TMT, el sistema de óptica del nuevo telescopio será mucho más sofisticado. Utilizará unos seis láseres para medir la turbulencia atmosférica. Mientras que un solo láser mide la turbulencia en un solo punto pequeño en la línea de visión del telescopio, una matriz de láseres puede proporcionar una imagen tridimensional de distorsiones en un área más amplia y a diferentes alturas en la atmósfera. Los sensores de frente de onda también tendrán aberturas más pequeñas, para realizar mediciones más precisas, y habrá miles de actuadores, en comparación con cientos en el Keck, para controlar la mayor cantidad de espejos. Toda esa medición y movimiento presenta un desafío informático. Tenemos que usar algoritmos más complejos, dice Ellerbroek.
Es un gran desafío de ingeniería, dice Scott Uebelhart, un asociado postdoctoral que estudia política espacial en el Programa de Ciencia, Tecnología y Sociedad del MIT. Pero cree que el esfuerzo merece la pena. TMT prácticamente avergüenza a todo lo demás, dice Uebelhart.
Con el sistema avanzado del TMT, dice Ellis, los astrónomos no tendrán que tener suerte y encontrar una lente cósmica para ver a lo lejos. Exactamente qué tan cerca del nacimiento del universo estarán es una pregunta que aún no ha sido respondida, dice. Estamos casi al principio.