Primera luz de la cámara PAUCam en el telescopio William Herschel de La Palma

08/06/2015 0 comentarios
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Después de seis años de diseño y construcción, la cámara del proyecto Physics of the Accelerating Universe (PAUCam) ha sido instalada en el Telescopio William Herschel del Observatorio Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma, y ha visto hoy su primera luz en el óptico e infrarrojo cercano.

Siempre es emocionante cuando un nuevo telescopio, o una nueva cámara, empieza a funcionar, con nuevos desarrollos tecnólogicos que la harán única en su campo. Pero cuando esta cámara ha sido diseñada y construida íntegramente por un grupo español y es instalada en un telescopio también español, se convierte en un hito, del que podemos estar orgullosos. Eso es precisamente lo que ha pasado con la cámara PAUCam, diseñada y construida por un grupo reducido de instituciones en Barcelona y Madrid, el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC/IEEC), el Puerto de Información Científica (PIC), el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Instituto de Física Teórica (IFT-UAM/CSIC).

El logo del cartografiado PAU con las instituciones que han diseñado y construido la cámara PAUCam

 

Todo empezó en el año 2007 gracias a un proyecto Consolider Ingenio 2010 del MICINN que permitió a un grupo relativamente pequeño de investigadores (astrónomos, cosmólogos y físicos de partículas) soñar con la idea de construir una cámara competitiva a nivel internacional. El objetivo era desentrañar la naturaleza de la energía oscura, responsable de la aceleración actual del universo, uno de los misterios más fascinantes de la Naturaleza.

En estos momentos hay varias colaboraciones internacionales compitiendo por la exploración de los últimos seis mil millones de años de la evolución del universo, cuando éste empezó a acelerarse. Algunos ya estan tomando datos, como el Dark Energy Survey (DES), y otros lo harán en los próximos años, como el Large Synoptic Survey Telescope (LSST) y el satélite de la ESA Euclid Mission, cuyo lanzamiento está programado para el año 2020. El objetivo es cartografiar una fracción importante del cielo profundo hasta distancias del orden de diez mil millones de años luz. Con ello se pretende estudiar con gran precisión la distribución espacial de las galaxias, cuya luz nos llega desde épocas remotas de la evolución del universo. Esto nos permitirá deducir el ritmo de expansión del universo desde entonces hasta hoy en día, así como la tasa de formación de estructuras como galaxias y cúmulos de galaxias.

La cámara PAUCam en el telescopio WHT del Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma

 

Con una cámara como PAUCam podemos medir las posiciones de millones de galaxias con mucha mayor precisión que hasta ahora, gracias a una innovadora tecnología que emplea PAUCam. Mientras que la mayoría de los cartografiados fotométricos tienen tan sólo 6 filtros de banda ancha, la cámara PAUCam tiene además 42 filtros de banda estrecha, luego de cada galaxia tenemos 42 imágenes, cada una a una frecuencia o banda distinta, como en un espectro. Ahora bien, si en lugar de tan sólo 6 puntos del espectro tenemos 42 puntos del espectro, podemos determinar mucho mejor su parámetro de redshift y por tanto su distancia de nosotros.

Esta innovación nos permitirá hacer un cartografiado quasi-espectroscópico de baja resolucion, suficiente para conocer la distancia a las galaxias con una precisión del 0,3 %, y de ahí determinar los efectos de la atracción gravitacional que dio lugar a las estructuras a gran escala que observamos en el universo actual. Por otra parte, la ventaja frente a un cartografiado espectroscópico, como el Sloan Digital Sky Survey, es que no necesitamos seleccionar los objetos cuyos espectros queremos medir, ya que la cámara PAUCam hace imágenes con todos los objetos en el campo de visión por encima de una cierta magnitud.

El plano focal de PAUCam con los filtros estrechos

 

La cámara PAUCam es además la primera de su tipo construida de fibra de carbono. Esta innovación tecnológica fue impuesta por la necesidad de reducir peso en el foco primario del telescopio William Herschel. Por otra parte contiene las bandejas de filtros dentro de la cámara, en vacío y criogenia, una innovación verdaderamente novedosa, requerida por la necesidad de deslizar los filtros a poca distancia de los 18 detectores de CCD que forman la cámara. Finalmente, estos CCD son detectores de última generación, sensibles a fotones del infrarrojo cercano, con una eficiencia cuántica comparable a la de los fotones visibles, lo que permitirá detectar y cartografiar galaxias y otros objetos (p.ej. cuásares) a distancias verdaderamente cosmológicas.

No sólo determinaremos las posiciones angulares en el cielo y en profundidad (redshift) con enorme precisión, sino que al tratarse de un cartografiado fotométrico de alta resolución podremos detectar las pequeñas distorsiones en la forma y luminosidad de las galaxias inducidas por la distribución de materia (oscura) entre todos los objetos luminosos y nosotros, algo que se denomina efecto de lente gravitacional débil, y que permitirá determinar tanto el contenido y distribución de materia oscura como la geometría del universo. Con todo ello podemos explorar la naturaleza de la energía oscura, la componente más misteriosa, que actualmente domina, con un 70 %, la densidad de energía y materia del universo, pero que en el remoto pasado (al que tendremos acceso con nuestras observaciones con PAUCam) era mucho menos importante.

El telescopio William Herschel en el Observatorio Roque de los Muchachos de la isla de La Palma

 

Después de un largo viaje en barco desde Barcelona hasta La Palma, la cámara subió en camión al Observatorio del Roque de los Muchachos, al borde de la Caldera de Taburiente, y se instaló en el telescopio William Herschel el pasado día 3 de junio. Después de conectar los cables, confirmar la calidad de la lectura electrónica de los CCD y alinearla en el telescopio sin mayores complicaciones, estuvo pronto lista para tomar imágenes.

Durante esa misma noche y la siguiente, la cámara PAUCam tomó imágenes de un campo de estrellas así como de varias galaxias y nebulosas bien conocidas, como la galaxia M51 y la nebulosa campana (véase más abajo). La calidad de las imágenes son espectaculares teniendo en cuenta la rapidez con la que ha sido puesta a punto la cámara.

La galaxia M51 vista por PAUCam la primera noche

 

Ya hemos empezado a hacer un mini cartografiado de validación científica para confirmar la calidad de la cámara y ver cómo satisface los requisitos necesarios para hacer el cartografiado definitivo, que nos permita hacer ciencia de frontera con PAUCam. De hecho, la cámara permitirá tomar imágenes cada noche de 50.000 objetos en 40 filtros, gracias a su gran campo de visión. Si dispusiéramos de suficientes noches podríamos completar en dos o tres años un cartografiado muy competitivo a nivel internacional llamado PAU Survey. Varios grupos ingleses y holandeses han manifestado su interés en participar junto con los grupos españoles en dicho cartografiado. Más aún, la calidad de las imágenes y su capacidad para determinar los redshifts, la hace particularmente atractiva para la calibración de los objetos que medirá el satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea, que será lanzado al espacio dentro de cinco años para medir con enorme precisión la evolución del universo.

En resumen, la cámara PAUCam es un instrumento innovador con un enorme potencial, que esperamos permita dar un significativo avance a las investigaciones en cosmología y en particular ayude a dilucidar la naturaleza de la energía oscura y los mecanismos responsables de la formación de estructuras a gran escala.

La nebulosa de la Campana M27 vista por PAUCam