El gigante astronómico de Puebla como laboratorio nacional

Vista frontal de Tulancingo-1 con etiquetación. Foto: M. Acevedo García, TelecommA la distancia, transitando por la autopista Puebla-Veracruz, se percibe una aparentemente pequeña estructura blanca en la cima del extinto Volcán Sierra Negra, a un costado del imponente Citlatépetl (Pico de Orizaba). Se trata del Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), una infraestructura astronómica que permite detectar luz milimétrica de una gran variedad de objetos celestes y regiones aledañas, en donde está teniendo lugar la formación de estructuras como planetas, estrellas y galaxias, caracterizados por poseer una temperatura muy baja, del orden de 250 grados centígrados bajo cero. El telescopio posee una superficie reflectora primaria de 50 metros de diámetro que lo posiciona como la más grande del mundo en su tipo, con un enorme potencial de revolucionar nuestro entendimiento del Universo.

Desde 2013 el telescopio se encuentra en la fase de operación para servir a la comunidad astronómica mexicana y del socio del proyecto en E.E.U.U., la Universidad de Massachusetts (UMASS) en Amherst. Hasta 2017 el GTM operó con los 32 metros internos de su superficie primaria y con dos instrumentos de primera luz: el Redshift Search Receiver y la cámara de continuo AzTEC.

Los resultados del análisis de datos colectados por el GTM en estos últimos cuatro años han demostrado su ya incomparable capacidad para abordar tópicos de vanguardia en la astrofísica contemporánea; desde estudios de cinturones de polvo frío alrededor de estrellas similares a nuestro sol hasta la formación de nuevas generaciones de estrellas en complejos agregados estelares extremadamente distantes, cuya luz ha viajado durante casi 13 mil millones de años antes de ser observada desde la Tierra. Además, el GTM ha participado, y continuará haciéndolo, en el proyecto denominado Telescopio Horizonte de Eventos (EHT, por sus siglas en inglés) que persigue obtener pruebas observacionales de la teoría de la relatividad general, promulgada por Albert Einstein hace mas de 100 años, en las condiciones extremas que provee un agujero negro de millones de veces la masa del Sol, como el que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Es importante notar que en estos resultados científicos han participado activamente varias decenas de investigadores, y estudiantes de licenciatura y posgrado de numerosas instituciones de nuestro país, lo que refleja la extraordinaria motivación que ha generado el uso de este telescopio.

Llegar hasta este punto, en que la enorme antena ha ya producido resultados científicos de altísimo impacto, y al importante hito de concluir en diciembre pasado su superficie colectora en su apertura completa de 50m, dista mucho de haber sido una tarea fácil.

Se pueden recolectar memorias de las dificultades y retos que se han encontrado, entre otros, en realizar una obra civil en una cima a casi 4 mil 600 metros sobre el nivel del mar, de transportar el material que actualmente conforma la estructura de la antena hasta ese distante sitio y, más recientemente, de “sintonizar” los instrumentos para que operen de manera óptima y de ajustar la forma parabólica de la superficie para maximizar la reflexión de luz milimétrica hacia esos instrumentos.

Los enormes retos asociados con la construcción y la operación del GTM han generado un recurso valioso de conocimientos y habilidades que se pueden compartir con un amplio segmento de comunidad científica mexicana, con la industria y con la sociedad. Además del uso del GTM en observaciones astronómicas para comprender mejor la formación y evolución de estructuras en el Universo, los equipos científicos y de ingeniería del GTM han obtenido una enorme experiencia en una amplia gama de actividades multidisciplinarias: en el diseño y desarrollo de sistemas de control activo de grandes y pequeñas superficies, así como la mecánica asociada; en ingeniería criogénica y física de bajas temperaturas; en la fabricación de arreglos de detectores milimétricos con vastas aplicaciones, incluyendo “scanners” en dispositivos de seguridad; en computación paralela, aplicación y manipulación de bases de datos y almacenamiento de grandes volúmenes de información y, finalmente, en el ámbito de la metrología, específicamente en la medición y alineación de precisión de grandes superficies ópticas tales como el reflector primario del GTM.

Para ejemplificar el último punto, consideremos que para que el GTM opere de manera eficiente es necesario que la superficie de 2 mil metros cuadrados, casi la mitad de un campo de futbol profesional, sea tan lisa que las rugosidades de los 180 segmentos que la componen no superen globalmente las dimensiones de un cabello humano. Esta monumental tarea ha sido llevada a cabo por el equipo de investigadores y técnicos del Laboratorio de Superficies Asféricas del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE).

La oportunidad de transferir este conocimiento ha sido abierta a través del programa de Laboratorios Nacionales puesto en marcha por el Conacyt desde hace algunos años. El objetivo de este programa es justamente promover el desarrollo científico y tecnológico, motivando a las instituciones y a laboratorios existentes a fomentar su interacción, para hacer más eficiente sus capacidades de transferencia de conocimiento, es decir, de servicio. El GTM solicitó exitosamente su ingreso al conjunto de laboratorios Nacionales del Conacyt en 2015 con el objetivo de encontrar aplicaciones de la vasta experiencia adquirida.

La conformación del laboratorio, cuyo nombre formal es Laboratorio Nacional del Gran Telescopio Milimétrico: Investigación Avanzada de Astrofísica y Tecnologías Milimétricas (Langtm), ha contado con el valioso apoyo de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, a través del Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México (LNS). Con esta institución, el LaNGTM se ha consolidado como Laboratorio Nacional y en conjunto han diseñado diversas vías de colaboración.

Como un ejemplo notable de la aplicación del conocimiento adquirido, podemos mencionar la participación del personal del Langtm en la caracterización y revitalización de las dos antenas en la estación terrena de telecomunicaciones en Tulancingo, Hidalgo, que, hasta fechas recientes, operaron únicamente para la recepción de señal de televisión de diversos satélites americanos y europeos.

Con la colaboración de ingenieros y científicos del INAOE, de la UNAM, de la Agencia Espacial Mexicana, de la empresa Telecomunicaciones de México (Telecomm), y con el apoyo del gobierno de estado de Hidalgo, se ha iniciado un proceso de mantenimiento y actualización de las antenas. El objetivo es adecuarlas, alinearlas a través de una técnica denominada fotogrametría, para realizar observaciones astronómicas.

La fotogrametría consiste en una novedosa técnica, implementada para optimizar la superficie del GTM, que involucra la aquisición y análisis de múltiples imágenes fotográficas de la parábola, la cual está cubierta por una malla de blancos retro-reflejantes. Un proceso iterativo de triangulación entre cada blanco permite recuperar su relación espacial con gran precisión, para entonces dar a conocer la forma precisa de la superficie.

Otra técnica de metrología por coordenadas, empleada con gran éxito para el GTM desde 2006, es el uso de los rastreadores láser (Laser tracker), en los cuales se mide un objeto o superficie por medio de contacto con un blanco cuya posición está monitoreada constantemente por un cabezal fijo. En 2017 el Langtm inició una colaboración con una empresa europea para realizar mediciones de equipo de manufactura en planta, facilitando así sus actividades de mantenimiento. En 2018 esperamos fortalecer este tipo de actividad.

El Langtm tiene amplias perspectivas de colaboración con otras instituciones en el futuro, que, con el apoyo del Conacyt, seguramente se cristalizarán y redundarán en una más fluida transferencia de conocimiento a otras áreas del saber.

 

mchavez@inaoep.mx, dgale@inaoep.mx y dhughes@inaoep.mx)