MISTRAL: un nuevo instrumento milimétrico

Título del artículo original: High angular resolution Sunyaev Zel’dovich observations: the case of MISTRAL
Autores: E. S. Battistelli et al.
Institución del primer autor: Departamento de Física, Universidad de Roma Sapienza.
Estado de la publicación: Aceptado para publicación en International Journal of Modern Physics D, acceso abierto en arXiv.org.

El estreno de un nuevo instrumento o telescopio, o el lanzamiento de un telescopio espacial siempre es un evento importante, y esta no es la excepción. Hoy conversamos acerca de MISTRAL, una nueva cámara a ser instalada en el Radiotelescopio de Cerdeña, en Italia. Entre paréntesis, Cerdeña es la gran isla que queda al Oeste de Italia, y el radiotelescopio se encuentra a escasos 50km de la capital, Cagliari. La cámara MISTRAL tendrá un gran impacto en la astronomía milimétrica y veremos por qué.

El radiotelescopio de Cerdeña

Un radiotelescopio es un tipo especial de telescopio que observa ondas de radio, exactamente las mismas ondas de la radiotelecomunicación humana, aunque no necesariamente en las mismas frecuencias. Por ejemplo, mi radio favorita se llama 99.9 The Hawk (El Águila), y la frecuencia de transmisión es 99.9 megaHertz (MHz). MISTRAL observará el cielo en la frecuencia de 90 gigaHertz (GHz), mil veces más alta que 99.9 The Hawk. En general, los radiotelescopios son más similares a antenas de radio que a telescopios en el sentido tradicional de la palabra. El radiotelescopio de Cerdeña está ubicado en un lugar privilegiado, donde la atmósfera es árida y hay poco ruido. El radiotelescopio fue innaugurado en 2012.

El espejo primario es de 64 metros, absolutamente enorme. El telescopio es tan grande y tan preciso, que incluso tienen modeladas las deformaciones debido a la gravedad y a cambios de temperatura. El espejo se contrae y se expande con cambios de temperatura, como cualquier cosa, por ejemplo las puertas de una casa. En mi casa a menudo las puertas no encajan bien en una época del año, pero encajan bien en otra. Ya que el telescopio está al aire libre, y además es de gigantesca envergadura, controlar la temperatura del espejo es imposible.

La cámara MISTRAL

La nueva cámara, MISTRAL, será construida e instalada este año 2022. La cámara observará en la frecuencia de 90 GHz como decíamos antes, lo que corresponde a una longitud de onda de aproximadamente 3 milímetros, por lo que se dice que es una cámara milimétrica. El área de observación de la cámara es de 4 arcominutos. Hay 360 grados en un círculo, 60 arcominutos en un grado, y 60 arcosegundos en un arcominuto. Como comparación, el diámetro angular de la Luna es de 31 arcominutos. La resolución angular de MISTRAL será de 12 arcosegundos, lo que es increíblemente preciso. Con esa resolución, serán capaces de observar cúmulos de galaxias lejanos con la capacidad de resolverlos. Esto significa que podrán ver sus características, en lugar de ver una especie de círculo borroso, que es lo que ocurre cuando el objeto no está resuelto. Sólo algunos instrumentos son comparables con MISTRAL, entre ellos, los autores mencionan MUSTANG-2 en el telescopio de Green Bank, y NIKA2 en el telescopio IRAM.

La cámara, a diferencia del telescopio, debe mantenerse a una temperatura cuidadosamente controlada criogénicamente. La temperatura de operación de la cámara será de 250 miliKelvin sobre el cero absoluto. Incluso tendrá un revestimiento antimagnético, para proteger al delicadísimo instrumento del campo magnético terrestre.

Ciencia con MISTRAL

MISTRAL será un instrumento público para el uso de la comunidad astronómica en general. Entre los muchos objetivos científicos de interés, están los discos protoplanetarios. Estos son sistemas donde jóvenes planetas recién se están formando alrededor de una estrella naciente. En la figura 3 se puede apreciar uno de ellos, observado por el observatorio ALMA, en Chile. En el centro, se encuentra la estrella en gestación. Los anillos oscuros son surcos creados por protoplanetas orbitando a la estrella. Es dudoso si todos ellos sobrevivirán para formar planetas o no. Puede ser que choquen y se mezclen, o migren a otras partes del sistema estelar. MISTRAL podrá observar sistemas como éste rápidamente, y los nuevos datos ayudarán a la investigación de diversas teorías acerca de estos nuevos sistemas.

Otro fenómeno que se puede estudiar con MISTRAL se llama el efecto Sunyaev-Zel’dovich. Este efecto ocurre cuando un fotón del fondo cósmico de radiación, poco energético y frío, interactúa con un electrón en el medio interior de un cúmulo de galaxias, que es muy energético y caliente. Como resultado, el fotón gana energía y genera una distorsión del fondo cósmico de radiación. El efecto se puede utilizar para detectar cúmulos de galaxias tan lejanos que no se pueden detectar directamente. MISTRAL será capaz de discernir entre cúmulos viejos y jóvenes, permitiendo estudios de punta que nos ayudarán a entender la astrofísica de los objetos más grandes del Universo.

Para resumir, la nueva cámara MISTRAL tiene aplicaciones potenciales de mucho interés científico. La comunidad astronómica sin duda alguna aprovechará este importante instrumento. Estemos atentos a los primeros grandes descubrimientos con esta cámara.