Hoy, en la tercera etapa del proyecto, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) se posiciona como el único en su tipo, el más grande y más preciso en el mundo; un proyecto que inició formalmente hace 20 años con la firma del convenio binacional entre México, a través del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y Estados Unidos de América con la Universidad de Massachusetts.
Al inicio de una larga y prometedora vida, esta ambiciosa herramienta permitirá desarrollar conocimiento sobre la historia y evolución del universo. Con la última fase de la construcción de la superficie reflectora, hasta el diámetro de 50 metros, en puerta, el GTM ya tiene invitaciones formales para colaborar en investigaciones de talla internacional, además de la actividad observacional dirigida a diversos proyectos de investigación programados en el próximo año y medio, detalló su director, David H. Hughes, para este suplemento.
Ubicado a 4 mil 851 metros sobre el nivel del mar, en la cima del volcán Tliltépetl, en el municipio poblano de Atzitzintla, el GTM es producto del trabajo, en colaboración, para su diseño, construcción, funcionamiento y operación, dirigido a la investigación en el área de radioastronomía milimétrica.
Aportaciones a la historia y evolución del Universo
Próximamente la comunidad científica internacional conocerá por medio de revistas de arbitraje especializadas como el Astrophysical Journal los resultados de observaciones e investigaciones realizadas en el último año con el GTM.
Una de las observaciones recientemente efectuadas tiene el propósito de descubrir, identificar y observar la evolución de discos de polvo y gas alrededor de estrellas jóvenes, que por los efectos gravitacionales y campos magnéticos pueden dar evidencia de la formación de planetas de dimensiones pequeñas, como Marte, y grandes, como Júpiter.
Este fenómeno provocó la conformación de nuestro sistema solar, hace más de 5 mil millones de años, cuando alrededor del Sol existía un anillo de materia del que se formaron los planetas.
También recientemente el GTM colaboró en la observación del hoyo negro supermasivo de nuestra galaxia en la frecuencia de 3 milímetros, utilizando una técnica llamada VLBI, que consistió en conectar en forma de red los telescopios milimétricos ubicados en el territorio de la Unión Americana en la zona noroeste, en California, Nuevo México, Arizona, Hawai, el Caribe y México. Estos telescopios apuntaron hacia el mismo objeto al mismo tiempo, sincronizados mediante relojes atómicos (con una precisión de nanosegundos) para identificar con gran precisión la recepción de los fotones del mismo objeto en diferentes lugares de la tierra; es como haber hecho la observación con un telescopio de 6 mil kilómetros de diámetro y con una resolución 200 mil veces mayor a la del GTM solo.
Los datos recolectados por los observatorios participantes se enviaron en un disco duro a un centro de análisis en EE.UU. para producir resultados sobre el hoyo negro.
Esta colaboración demostró que la calidad de la infraestructura, precisión y resolución del GTM lo colocan a la vanguardia por su funcionamiento eficaz y competitivo.
Trabajo arduo y constante en el GTM
“El GTM es muy competitivo en comparación con otros telescopios milimétricos sobre un intervalo de 360 grados en azimut y 90 grados, en elevación. Para seguir objetos astronómicos, el GTM calcula la trayectoria de estos, envía instrucciones a los motores a través de algoritmos para mover en azimut y en elevación al mismo tiempo. Actualmente, a un año de su instalación, el sistema activo de control funciona al 100 por ciento, de manera excelente. El mejoramiento de la superficie es un proceso largo que requiere tiempo, un ejemplo es el caso de IRAM el telescopio milimétrico de España que necesitó de 15 años de trabajo constante”.
En 2013 se iniciaron labores para la instalación del sistema activo de control de la superficie reflectora primaria. El sistema es necesario debido a que el peso tiene efectos en la forma parabólica según la posición a la que se apunte; esto es parte de la naturaleza de un telescopio de estas dimensiones que debe contar con un sistema inteligente para corregir constantemente estas deformaciones. A lo largo de ese año se ejecutaron demostraciones del funcionamiento del sistema en su totalidad y de los instrumentos científicos como la cámara AzTEK con observaciones de objetos astronómicos en la longitud de onda de 3 mm.
Algunas pruebas y ejercicios consistieron en la confirmación de resultados que ya habían sido publicados en revistas científicas, la detección de gas molecular en el universo lejano y cercano en la banda de 3 mm, utilizando los 32 metros de diámetro que hasta el momento tiene el GTM.
A finales de 2013 se publicó la primera convocatoria para la recepción de propuestas de observación con el GTM y la cámara AzTEK.
Si bien todos los telescopios tienen un periodo de inactividad observacional debido a las condiciones climatológicas poco adecuadas, los trabajos en el observatorio no se han detenido y se ejecutan labores de caracterización de todo el sistema de funcionamiento de los instrumentos científicos con el propósito de iniciar satisfactoriamente el siguiente periodo de observaciones.
El próximo año y medio de actividades estará dedicado a investigaciones lideradas por la comunidad científica mexicana y por los socios de la Universidad de Massachusetts, con sus respectivos colaboradores en diversos institutos internacionales. Estas investigaciones fueron seleccionadas en la convocatoria 2014, en la que participaron 65 proyectos, representando un 40 por ciento de aumento en la demanda.
Además, el GTM ha sido invitado formalmente a ser colaborador de Event Horizon Telescope, financiado por la National Science Foundation (NSF) de EE.UU, para unirse a una red de telescopios en el polo sur, con ALMA en Chile, Francia y Alemania; esta sería la primera vez que la red simularía un telescopio con un diámetro similar al de la Tierra.
Este proyecto tiene planeada la construcción de un instrumento científico llamado TolTEK en la banda de 1.3 mm, una frecuencia más alta que las pruebas anteriores, y su construcción requerirá de año y medio de trabajo. Con la finalidad de iniciar algunas pruebas a finales de este año, se construirá un instrumento fast-track que utilizará dispositivos ya disponibles como los criostatos y componentes de otros telescopios.
Para la primavera de 2015 se iniciarán las observaciones, en la banda de 1.3 mm, del agujero negro supermasivo de nuestra galaxia, que tiene una masa 100 mil veces mayor a la masa de nuestro sol, tomando imágenes de gran calidad y alta resolución para detectar el disco de materia que gira alrededor del agujero, justo antes de ser “devorada”.
Estas pruebas son fundamentales en astronomía y física. Impactarán estudios sobre la ley y modelos de gravedad, a través de la amplificación de la materia, así como la radiación y dirección de la rotación del agujero negro, en comparación con la materia que está cayendo al mismo. No es posible ver un agujero negro, pero es posible observar los momentos previos a la caída de la materia. Lo que se intenta es encontrar respuestas a interrogantes como ¿cuál es la ley de gravedad de este agujero? ¿Cuál es el impacto de un objeto tan masivo en la naturaleza del universo?
Otro campo de investigación fundamental se realizará en regiones de formación estelar, estudiando la química de las nubes de gas molecular, así como en el universo cercano, el universo viejo, en comparación con el universo lejano, el universo joven. Se podrán medir las moléculas según sus tipos para intentar responder preguntas sobre la química interestelar, ¿cuáles son las etapas de este gas?, ¿afecta la formación de las estrellas?
Los objetos más grandes del universo son los cúmulos de galaxias, conjuntos de miles de galaxias; este será otro de los proyectos de observación del GTM con el propósito de conocer las interacciones entre las galaxias del cúmulo y la formación y evolución de estas estructuras.
El GTM también aportará información sobre la radiación producida después del Big Bang con temperaturas muy altas (millones de grados centígrados), y luego la expansión del universo, la disminución de la temperatura, la formación de gas atómico y de gas molecular.
La formación estelar es un campo de investigación con propuestas que participaron en la convocatoria y fueron aprobadas. Con los modelos físicos será posible estudiar nuestra galaxia con mayor detalle, pues se pueden obtener datos con suficiente resolución para ver las nubes de gas molecular de manera individual.
De manera paralela a estas actividades, se trabajará en la alineación de los segmentos externos de la parábola principal para concluir la construcción de la superficie reflectora y alcanzar un diámetro de 50 metros. Ya se tiene la mitad de los segmentos para el anillo 5, el más externo. Durante el periodo de observación será posible continuar con la instalación de los segmentos, para que en 2016 se tenga la superficie completa del GTM.
En el otoño de 2016 se realizarán observaciones científicas con el sistema activo de la superficie de 50 metros a un 85 por ciento de su capacidad, pues como ya se ha mencionado, el proceso de mejoramiento, para alcanzar el 100 por ciento, requiere de procesos constantes de perfeccionamiento.
David Hughes es contundente al afirmar que “el GTM apenas inicia su vida productiva científica; el mejoramiento en el desempeño será constante en sensibilidad y resolución, ofrecerá condiciones magníficas para el desarrollo de proyectos que tengan un gran impacto científico e involucren a estudiantes de posgrado, dada la importancia de capacitar a futuras generaciones en el uso de esta infraestructura de clase mundial”.
El recuento cronológico del GTM
La demanda de tecnología en el área de astronomía milimétrica para la realización de observaciones más detalladas gestó la idea del GTM y dio el primer paso en la firma del convenio binacional en 1994.
A finales de 1998 se dio inicio a la primera de las tres fases en las que está dividido el proyecto. Esta fase consistió en la preparación del sitio y la construcción, y concluyó en 2006 con la visita del entonces presidente de la República Vicente Fox.
A finales de ese mismo año, 2006, se puso en marcha la segunda etapa, en la que se instalaron de todos los componentes y sistemas ópticos hasta lograr un estatus que permitiera realizar observaciones de fuentes astronómicas.
Sin embargo, aún no se tenía un telescopio en condiciones óptimas para desarrollar astronomía milimétrica. Como parte de la tercera fase, en 2012 se realizaron trabajos de mejoramiento de la superficie, del sistema óptico y en la ingeniería, para mejorar la eficiencia del telescopio, culminando estas labores con la visita presidencial de Felipe Calderón.
