Las primeras imágenes del cielo captadas con la cámara más grande del mundo

Gracias a su sensor de 3200 megapíxeles y a la óptica de gran campo del telescopio del Observatorio Vera C. Rubin, la imponente cámara del LSST (Legacy Survey of Space and Time), tan grande como un coche, puede fotografiar enormes regiones en el cielo equivalentes a unas 45 lunas llenas de una sola vez. Esto es suficiente para inmortalizar todo el cielo austral en alta definición y en seis bandas de color en solo tres noches. Un año después de su envío desde Estados Unidos al Observatorio Vera C. Rubin, ubicado en Chile, sus primeras megaimágenes del cosmos han sido presentadas públicamente.

Estas fotografías, que son lo que en astronomía se denomina la “primera luz” de un instrumento, constituyen el inicio de algo comparable a una película confeccionada mediante la técnica fotográfica de “time-lapse” (exposición prolongada) que se completará tras cartografiar el cielo austral durante una década.

La excepcional calidad de estas primeras imágenes demuestra que el telescopio está listo para iniciar su misión: durante 10 años, cada tres noches, en unas 1.000 tomas de alta definición, el observatorio, equipado con la cámara digital más grande construida en el campo de la astronomía, cartografiará el cielo repetidamente para crear un “time-lapse” ultrapanorámico de alta definición de todo el cielo del hemisferio sur. En conjunto, estos escaneos proporcionarán una película de alta definición y en cuatro dimensiones de la evolución del universo.

El proyecto también generará, a lo largo de sus diez años de duración, una visión del cielo austral de una riqueza y profundidad sin precedentes. Este vasto sondeo permitirá asimismo avanzar en el estudio de la materia oscura y la energía oscura, profundizar en otras cuestiones de la cosmología, conocer mejor la historia de nuestra galaxia y obtener datos nuevos sobre los cuerpos celestes de nuestro sistema solar como por ejemplo las trayectorias de asteroides potencialmente peligrosos.

En definitiva, el Observatorio Rubin marca un estándar nuevo para los cartografiados astronómicos con un diseño de espejo innovador, una sensibilidad de cámara inigualable, una capacidad de giro rápido y una potente infraestructura informática.

Las nebulosas Trífida y de la Laguna captadas por el observatorio Rubin. (Imagen: © NSF / DOE / Vera C. Rubin Observatory)

Financiado conjuntamente por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF, por sus siglas en inglés) y el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés), el observatorio recibe su nombre en honor a la astrónoma Vera Rubin, una pionera cuyo trabajo proporcionó la primera evidencia sólida de la existencia de materia oscura.

El Observatorio Rubin es gestionado por el Laboratorio Nacional de Investigación para la Astronomía Óptica Infrarroja (NOIRLab, por sus siglas en inglés) de la NSF y por el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC de Estados Unidos. El NOIRLab es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA, por sus siglas en inglés) bajo un acuerdo colaborativo con la NSF.

Miles de personas de más de 30 países han trabajado en el observatorio Vera C. Rubin. Algunas de las instituciones colaboradoras son el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) en la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), el PIC (Puerto de Información Científica) en la UAB, el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, adscrito al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)), el Instituto de Física Teórica (IFT, dependiente del CSIC y de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)), el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en España.

Los investigadores del ICE y del IEEC han desempeñado un papel clave en el desarrollo científico y técnico del Observatorio Rubin. Particularmente, estos investigadores liderarán observaciones con el Gran Telescopio Canarias (GTC), telescopio de 10,4 metros de diámetro situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma, para el seguimiento espectroscópico de objetos transitorios descubiertos por el cartografiado LSST.

“Esta es la primera vez que se utiliza un telescopio de una apertura tan grande, de más de ocho metros de diámetro, dedicado por completo a realizar un escaneo del cielo durante diez años. Además de producir una película dinámica de todo el cielo austral a lo largo de esa década, permitirá combinar todas las imágenes para detectar los objetos más débiles jamás observados desde la Tierra. Para el estudio del universo transitorio, esto significa contar con la máquina de descubrimiento de supernovas y otras explosiones estelares más precisa y productiva, con más de cien mil alertas de nuevos objetos cada noche”, comenta Lluís Galbany, investigador del ICE y del IEEC.

“El cartografiado LSST que se llevará a cabo en el Observatorio Vera Rubin permitirá descubrir la naturaleza de la materia oscura y caracterizar la evolución de la energía oscura. Es una oportunidad extraordinaria de aumentar nuestro conocimiento sobre la física fundamental asociada a los problemas más acuciantes de la Cosmología”, señala Juan García-Bellido, cosmólogo e investigador en el IFT.

«Ver las primeras imágenes del LSST es increíblemente emocionante y esto es solo el principio. Estamos viendo los primeros fotogramas de una película del universo de una década de duración, que cambiará nuestra forma de estudiar el cosmos», afirma Jorge Carretero, científico de proyectos de cosmología y soporte de datos del PIC.

El equipo del PIC, operado a través de un acuerdo de colaboración entre el CIEMAT y el IFAE, está implementando un Centro de Acceso a Datos Independiente (IDAC, por sus siglas en inglés) impulsado por CosmoHub, que ofrece a la comunidad científica un portal potente y fácil de usar para explorar y analizar la gran cantidad de datos producidos por el telescopio.

«El Observatorio Rubin marca un antes y un después en astronomía. Ya no dependeremos de la suerte para observar supernovas, detectar nuevos asteroides o variabilidad en la luz de las estrellas. Su manera de mirar el cielo nos permitirá rastrear cualquier cambio con precisión y constancia sin depender de las casualidades”, apunta Laura Toribio San Cipriano, investigadora en el grupo de cosmología del CIEMAT.

Desde el CIEMAT han participado en la puesta en marcha científica del Observatorio Vera C. Rubin, colaborando en el análisis del rendimiento del sistema, incluyendo la estabilidad y la respuesta dinámica de los espejos primario-terciario y secundario, el comportamiento estructural del telescopio durante los movimientos de observación y la validación de la calidad de los datos antes del inicio de las operaciones científicas.

Desde el IAC han participado en la definición de los acuerdos para aportar tiempo de observación del Gran Telescopio Canarias (GTC) a programas científicos relacionados con el LSST. Asimismo, diferentes grupos de investigación del IAC están participando activamente en la preparación de la explotación científica del LSST en varias líneas de investigación, que incluyen la obtención de imágenes profundas de galaxias de tamaño normal, galaxias enanas, luz intracúmulo, la Vía Láctea y el grupo local de galaxias, actividad magnética estelar, procesos muy energéticos en galaxias, ondas gravitacionales, cúmulos de galaxias y otras cuestiones de la cosmología, ciencia subestelar, cuerpos pequeños del sistema solar, objetos transitorios y evolución de galaxias.

Asimismo, varios miembros de las instituciones españolas del consorcio también ocupan puestos de responsabilidad en la Colaboración Científica de la Energía Oscura (DESC, por sus siglas en inglés), una colaboración científica internacional que realizará medidas de alta precisión de parámetros cosmológicos fundamentales utilizando datos del cartografiado LSST. Además, lideran el área de Computación y Simulaciones del proyecto.

Desde el IFT, que colabora en la DESC, han estudiado cómo las condiciones atmosféricas afectan a la calidad de los datos. A tal fin, se desarrollaron métodos para mitigar la contaminación de los datos aplicando lo aprendido en cartografiados anteriores, así como la investigación sobre cómo incorporar nuevas técnicas, algunas de ellas basadas en inteligencia artificial. “El objetivo es garantizar la calidad de los datos a partir de los cuales se obtienen resultados sobre la edad, composición y estructura del universo”, afirma Martín Rodríguez, investigador postdoctoral del IFT.

Unos científicos del CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica de Francia) participaron en el desarrollo del plano focal de la cámara gigante, así como en el diseño y la construcción de su cambiador robótico de filtros. Este cambia automáticamente los filtros de color de la cámara, cada uno de los cuales pesa entre 24 y 38 kilogramos, entre 5 y 15 veces por noche. Midiendo la cantidad de luz que emiten los objetos celestes y comparando las imágenes tomadas a través de los distintos filtros, es posible determinar su posición exacta y su distancia a la Tierra.

Otros científicos del CNRS contribuyen al desarrollo de la infraestructura informática que permitirá procesar cuantitativa y cualitativamente la colosal cantidad de imágenes de los 17.000 millones de estrellas y 20.000 millones de galaxias que se recogerán. Se trata de una tarea realmente minuciosa, porque debe estar a la altura del objetivo de elaborar el catálogo de datos más completo posible sobre el universo.

Los datos recogidos se almacenarán a razón de 20 terabytes por noche. En Francia, el centro informático IN2P3 (del CNRS) en Lyon aportará el 40% de las imágenes en bruto para su almacenamiento y procesamiento. Estos datos se pondrán a disposición de científicos de todo el mundo a intervalos regulares, lo que fomentará descubrimientos revolucionarios y grandes avances en las próximas décadas.

¿Por qué un telescopio terrestre?

Aunque actualmente funcionan más de 20 telescopios espaciales, los instrumentos de observación terrestres siguen siendo esenciales para documentar el universo en su totalidad. De mayor tamaño, son más sensibles y, en consecuencia, pueden captar imágenes con mayor precisión, sobre todo desde que en los últimos tiempos ha mejorado espectacularmente la tecnología que corrige las distorsiones ópticas provocadas por la atmósfera. Los telescopios emplazados en tierra firme también pueden registrar mayores volúmenes de datos que los ubicados en el espacio. Además, la descarga remota de los datos registrados por estos últimos sigue siendo una tarea compleja. Por último, pero no por ello menos importante, los telescopios terrestres tienen la ventaja de poder ser reparados y actualizados siempre que se necesite, lo que permite tenerlos equipados con lo último en tecnología. (Fuente: ICE / CSIC / CNRS / Vera C. Rubin Observatory)