Por qué los astrofísicos necesitan una bombilla en órbita

Los telescopios espaciales han cambiado nuestra visión del Universo en los últimos 25 años y el futuro parece prometedor. Una serie de nuevos observatorios y técnicas de observación, tanto en tierra como en órbita, prometen ampliar aún más nuestra comprensión del cosmos.

Pero hay un problema. Uno de los procesos fundamentales en la observación es calibrar los instrumentos involucrados. Los astrónomos pueden probar fácilmente sus telescopios terrestres con una bombilla de luz decente. Pero una cosa que no pueden explicar es la cantidad de luz absorbida por la atmósfera, que puede ser significativa.

Es fácil imaginar que este problema desaparece con los observatorios espaciales. Pero estos también deben calibrarse. El telescopio espacial Hubble, por ejemplo, tiene bombillas de luz de tungsteno integradas para este propósito.

Pero estos también introducen varias incertidumbres debido a cosas como pequeños cambios en la salida de una bombilla a medida que cambia su temperatura a medida que el observatorio entra y sale de la sombra de la Tierra. Tampoco hay forma de cotejar las medidas de Hubble de las bombillas de tungsteno con las observaciones desde el suelo.

Estas incertidumbres ahora imponen límites importantes a algunos tipos de observación, dice Justin Albert de la Universidad de Victoria en Canadá. Quizás el ejemplo más importante son las mediciones de la expansión del universo que hacen los astrónomos al observar el brillo de las supernovas de tipo 1a en galaxias distantes. Mejores mediciones requerirán una mejor calibración.

Albert dice que hay una solución obvia: colocar una bombilla en órbita que los telescopios en el suelo puedan usar para calcular exactamente cuánta luz está absorbiendo la atmósfera en cualquier frecuencia. La adición de fuentes de luz calibradas hechas por el hombre en el espacio al arsenal de técnicas para la calibración fotométrica proporcionará una nueva herramienta poderosa para aumentar la precisión en astrofísica, dice. Hoy, describe los diversos factores involucrados en su pensamiento.

La fuente de luz necesaria es sorprendentemente pequeña. Señala que una bombilla estándar de 25 vatios en una órbita de 700 km sería tan brillante como una estrella de magnitud 12,5. Un láser sintonizable es otra opción, pero tendría que apuntar con precisión a cualquier telescopio terrestre, aumentando así la complejidad del diseño.

Actualmente no se ve ninguna bombilla decente en el espacio, pero hay una nave espacial allí arriba con un láser apuntando a la Tierra. CALIPSO es un satélite franco-americano diseñado para medir el perfil vertical de nubes y aerosoles. Para ello, emite un láser verde a la superficie y mide el reflejo.

La idea de Albert es que medir este rayo en el suelo es una forma de probar el concepto de calibración del telescopio desde la órbita. Y ciertamente ha estado ocupado persiguiendo el satélite y fotografiando la luz que produce utilizando una serie de siete cámaras distribuidas a lo largo de unos cientos de metros ...

Su mayor problema es que el láser de CALIPSO no fue diseñado para el propósito para el que lo está usando. El rayo tiene una huella de solo unos 100 metros de ancho. Y dado que las incertidumbres en la órbita de la nave espacial son mayores que esto, es difícil poner las cámaras en la línea de fuego.

Además, el láser dispara a una velocidad de 20 Hz, lo que significa que el centelleo en la atmósfera se convierte en un factor (mientras que un pulso más largo o un rayo continuo podría promediarse en el tiempo). Sin embargo, ha hecho un excelente trabajo al caracterizar los problemas asociados con este tipo de trabajo.

Pero destaca la dificultad que tendrían los observatorios con estas técnicas. Este tipo de observaciones láser solo son posibles cuando el satélite está directamente sobre su cabeza y solo es válido para ese punto en el cielo, desde ese lugar en la Tierra, en ese momento.

Claramente, los astrónomos necesitarán algo mejor. Una bombilla que se pueda ver desde un ángulo amplio es una buena opción.

Sin embargo, los reflectores no lo son. Albert señala que, si bien varios satélites tienen reflectores para la búsqueda de distancia por láser, estos no pueden usarse para medir con precisión la absorción de luz en la atmósfera. Eso es porque la reflectividad cambia con el ángulo de incidencia, pero no se sabe exactamente cómo. Además, la reflectividad de estos dispositivos cambia con el tiempo a medida que los espejos se perforan debido al daño de los micrometeoroides.

Para llevar adelante su investigación, Albert tiene planes de enviar luces más avanzadas en globos para poder estudiar mejor este problema.

Pero al final, la única forma de ayudar realmente a los astrónomos del futuro será poner una bombilla en órbita. Dado que la historia de la expansión del Universo es uno de los problemas más importantes de la cosmología, tal vez sea hora de empezar a pensar más en cómo se puede hacer esto.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5214 : Fuentes de luz montadas en satélites como estándares de calibración fotométrica para telescopios terrestres

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