Resolver el misterio de la energía oscura: una nueva misión para un telescopio de cuarenta y cinco años

Hace cuarenta y cinco años, un telescopio alojado dentro de una cúpula de catorce plantas y quinientas toneladas observó el cielo nocturno por primera vez y registró sus observaciones en placas fotográficas de vidrio. Hoy, ese telescopio de cuatro metros, el Nicholas U. Mayall situado en el observatorio de Kitt Peak (Arizona), cierra su cúpula para prepararse para desempeñar un nuevo papel en su historial científico: la creación del mapa tridimensional más grande del universo, que podría ayudar a resolver el misterio de la energía oscura, responsable de la expansión acelerada del universo.

Imagen de larga exposición con las trayectorias de las estrellas en el observatorio de Kitt Peak. La mayor de las cúpulas es la que aloja el telescopio de Mayall, donde se instalará DESI. Fuente: P. Marenfeld and NOAO/AURA/NSF. © 2010 The Regents of the University of California, through the Lawrence Berkeley National Laboratory.

Este cierre temporal del telescopio pone en marcha la construcción de la infraestructura necesaria para la instalación de DESI (siglas en inglés de Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura), un instrumento que comenzará en 2019 una campaña de observación de cinco años y que revelará cómo la energía oscura y la gravedad han competido a lo largo del tiempo, desde el origen del universo, para configurar cómo se agrupan las galaxias y la materia oscura a gran escala.

«Este día marca un hito enorme para nosotros. Ahora retiramos el equipo viejo y comenzamos el proceso de un año para instalar DESI», señala Michael Levi (Berkeley Lab), director del proyecto. DESI es fruto de una colaboración internacional formada por más de cuatrocientos físicos y astrónomos coordinada desde el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL, California), y en la que participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

El primero de los diez pétalos en forma de cuña para el proyecto DESI, completamente equipado con quinientos posicionadores robóticos, dispuestos para recoger la luz de una secuencia de objetos celestes, que incluyen galaxias y cuásares. Fuente: colaboración DESI. © 2010 The Regents of the University of California, through the Lawrence Berkeley National Laboratory.

Un instrumento con cinco mil ojos

DESI utilizará un conjunto de cinco mil robots giratorios, cuidadosamente coreografiados para apuntar su cable de fibra óptica a una secuencia programada de objetos del espacio profundo, que incluye millones de galaxias y cuásares (galaxias que albergan agujeros negros supermasivos en sus núcleos).
Los cables de fibra óptica transportarán la luz de estos objetos a diez espectrógrafos, que medirán sus propiedades y ayudarán a identificar la distancia de los objetos y la velocidad a la que se alejan de nosotros. Las observaciones de DESI proporcionarán una mirada profunda al universo primitivo, hasta hace unos once mil millones de años.

Después de una exposición de veinte minutos, el telescopio apuntará a una nueva porción del cielo, y en menos de un minuto los robots rotarán y cambiarán de posición las miles de fibras ópticas para tomar una nueva exposición. Esta secuencia se repetirá durante toda una noche de observación durante los cinco años de operación de DESI en el telescopio Mayall.

DESI escaneará un tercio del cielo y obtendrá cerca de diez veces más datos que su predecesor, el cartografiado BOSS (acrónimo en inglés de Sondeo Espectroscópico de Oscilaciones Bariónicas), basado en una secuencia de placas de metal, con fibras conectadas a mano en agujeros perforados para observar los objetos.

Además de proporcionar nuevos datos sobre la expansión y la estructura a gran escala del universo, DESI ayudará a establecer límites a las teorías alternativas a la relatividad general y permitirá conocer en detalle los procesos de formación de la estructura del universo, e incluso podría proporcionar nuevas medidas de la masa de los neutrinos, un tipo de partículas subatómicas abundantes y muy evasivas.

Se espera que la instalación de los componentes de DESI concluya en abril de 2019, con las primeras observaciones científicas planeadas para septiembre de 2019.

Participación española

El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) participa en DESI desde el inicio del proyecto en 2010. “Hemos liderado el diseño y construcción de un prototipo para el desarrollo de los robots posicionadores de fibra óptica, capaces de alcanzar una precisión de una micra, un tamaño entre diez y veinte veces menor que el de una célula” señala Francisco Prada, investigador del IAA y responsable del grupo regional Granada-Madrid-Tenerife que participa en la colaboración DESI. «Este desarrollo instrumental ha constituido todo un hito para nuestro país, donde hemos competido al máximo nivel e involucrado a empresas españolas”, añade.

El grupo Granada-Madrid-Tenerife (GMT) que participa en la Colaboración DESI está formado por un equipo multidisciplinar de científicos, ingenieros y tecnólogos que ha colaborado estrechamente con empresas en España y Europa para afrontar el desafío que ha supuesto el desarrollo del robot posicionador de fibras ópticas y la placa focal para el instrumento DESI. Está liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y participan la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Autónoma de Madrid, el Instituto de Física Teórica UAM-CSIC y el Instituto de Astrofísica de Canarias.