Columna de Manuel Aravena: El futuro de la astronomía: El universo invisible en ondas infrarrojas

Si bien hemos construido gran parte de nuestro conocimiento astronómico a través de observaciones de la luz “visible” (aquella que vemos con nuestros ojos) ésta corresponde sólo a una pequeña parte del espectro electromagnético. La mayor parte de la radiación proveniente del Universo no es posible ver con telescopios ópticos como el de Galileo, es decir, la mayor parte de la luz es “invisible” a nuestros ojos.

De hecho, el espectro electromagnético comprende radiación, o fotones de luz, que van desde los llamados rayos Gama, pasando por los rayos X, el ultravioleta, el visible, infrarrojo, submilimétrico hasta las ondas de radio. Por lo tanto, una visión “holística” que nos provea una interpretación de los fenómenos físicos que suceden en el Universo necesita observaciones en todas las longitudes de onda.

Afortunada o desafortunadamente (depende de cómo se vea) gran parte de la radiación que viene del espacio exterior es bloqueada por nuestra atmósfera terrestre, siendo casi imposible observar desde la Tierra los rayos X y el ultravioleta, y aún más difícil, los del rango infrarrojo. Afortunadamente; porque la atmósfera nos protege de esta radiación lo que permite la vida en la Tierra. Desafortunadamente; para las observaciones astronómicas.

De particular interés astrofísico -en el último tiempo- es la luz infrarroja, a través de la cual es posible, por ejemplo, observar planetas directamente, medir la existencia de atmósferas y su composición y/o la detección de biomarcadores para la vida. Asimismo, es posible medir nubes de gas donde hay formación de estrellas, agujeros negros, los procesos de formación de las primeras estrellas y galaxias, entre otros.

Por ello, se ha impulsado la construcción de grandes observatorios infrarrojos incluyendo los recientes telescopios espaciales James Webb (JWST), Euclid, y Nancy Grace Roman (que se espera sea lanzado en el 2027), e incluso el observatorio ALMA, que observa desde el infrarrojo lejano al submilimétrico). De hecho, la próxima generación de telescopios gigantes, incluyendo el “telescopio extremadamente grande” (ELT) de 39 metros de diámetro, a construirse en el norte de Chile, operarán mayormente en el infrarrojo cercano y medio.

Dentro de estos proyectos, se encuentra el TAO (por su sigla en inglés Tokyo Atacama Observatory), el que fue desarrollado por la Universidad de Tokyo, Japón, durante las últimas décadas, y que finalmente fue inaugurado hace algunos días atrás. En el workshop científico que se hizo en la PUC un día previo a la inauguración, aprendimos un poco más acerca de este proyecto.

El telescopio de 6,5 metros de diámetro está específicamente diseñado para observar en el infrarrojo y estará emplazado en la cima del cerro Chajnantor a 5.640 metros de altura, convirtiéndolo en el observatorio más alto del mundo. Como referencia, TAO estará ubicado en el Parque Astronómico Atacama, por sobre el observatorio ALMA, que se ubica a 5.000 metros de altura en la planicie del llano de Chajnantor. La razón principal para ubicar TAO a tal altura es para evitar gran parte de la atmósfera, incluyendo las nubes, el vapor de agua y la turbulencia atmosférica. Si bien TAO no será capaz de producir imágenes más profundas o de mejor fidelidad que las que conocemos a través del telescopio espacial James Webb, nos dará una oportunidad única de acceder a observaciones infrarrojas más fácil y frecuentemente, como, por ejemplo, para observar estrellas que varían su luz en el cielo, novas, supernovas, entre otras y a longitudes de onda más largas que las accesibles al JWST.

Por la dificultad de tener personal científico a 5.600 metros de altura, TAO será operado la mayor parte del tiempo de forma remota, similar al telescopio ALMA, desde Santiago o incluso desde Japón. Los astrónomos japoneses y chilenos podrán acceder a tiempo de observación de la forma habitual, enviando propuestas que son revisadas por un panel de expertos en el tema y luego asignando aquellas que parecen ser más importantes o prioritarias. El proyecto TAO promete incentivar las colaboraciones en proyectos astrofísicos y de instrumentación entre las comunidades japonesas y chilenas. Un ejemplo de ello es el actual desarrollo de un espectrógrafo de alta resolución infrarrojo llamado TARdYS, liderado desde el Centro de Astro-Ingeniería UC, el cual está pensado para la caracterización y detección de exoplanetas como la Tierra en torno a estrellas de baja masa.

Cabe notar, sin embargo, que hasta la llegada del ELT a fines de esta década, el telescopio espacial James Webb será el observatorio más eficaz para estudios detallados de objetos astronómicos, dado por su gran tamaño de 6,5 metros y por la ausencia de turbulencia atmosférica en el espacio. Esto es particularmente importante para observaciones de campo profundo y galaxias tempranas.

Los astrónomos en Chile tenemos una ventaja única de acceso a estas instalaciones del más alto nivel mundial, equivalente a los mejores laboratorios existentes. Esto ha puesto a la investigación astrofísica desarrollada en Chile al más alto nivel mundial, generando colaboraciones con las prestigiosas instituciones extranjeras. Es importante por tanto seguir invirtiendo en ciencia y astronomía en particular para el desarrollo del país.

Por Manuel Aravena, académico e investigador del Instituto de Estudios Astrofísicos UDP, en Emol.