lunes, 10 de diciembre de 2012

CEA XX: El interferómetro ALMA y sus primeros resultados

El interferómetro ALMA y sus primeros resultados

D. Pere Planesas (Observatorio Astronómico Nacional)


 ALMA es un conjunto de radiotelescopios que actúan de manera coordinada. Su construcción, a 5.000 metros de altura, conlleva muchas complicaciones. Es el primer observatorio global en el que participan países de todo el mundo. Aunque todavía no se ha terminado de construir ya se está utilizando para realizar diversas observaciones científicas.

Hace 20 años comenzó a proyectarse la construcción de ALMA y para su ubicación se buscó una región con unas características determinadas: árida y de cielo despejado, elevada y llana para dejar la mayor parte posible de la atmósfera por debajo, y de acceso razonable, ya que hay que trasladar allí mucho equipo material y personal. Se plantearon diversos lugares: desierto de Gobi, Mauna Kea, Chile, Sureste de Estados Unidos,…Al final la zona elegida fue Chile, en una región fronteriza con Bolivia. Cerca hay un puerto por el que llegan todos los materiales necesarios para la construcción. Atacama es el desierto más árido del mundo por lo que es el lugar propicio para construir un telescopio de estas características.
 ¿En qué se basa ALMA? Interferometría + espectroscopia + ondas milimétricas y submilimétricas, con longitudes de onda muy cortas. Luego toda la tecnología empleada debe ser muy precisa.

El campo visual obtenido depende del tamaño de las antenas, y la resolución depende de la distancia entre las antenas. En las cámaras fotográficas cuando aumentamos el zoom se reduce el campo visual. Con los interferómetros eso no pasa, se mantiene el campo visual porque se conserva el tamaño de las antenas.


ALMA puede analizar 8.000 frecuencias simultáneamente por lo que con una sola observación se pueden detectar muchas moléculas. Una radio, por ejemplo, puede detectar muchas emisoras pero sólo se puede escuchar una a la vez. ALMA puede “escuchar” 8.000.
 ¿En qué se basa ALMA? Interferometría + espectroscopia + ondas milimétricas y submilimétricas, con longitudes de onda muy cortas. Luego toda la tecnología empleada debe ser muy precisa.

El campo visual obtenido depende del tamaño de las antenas, y la resolución depende de la distancia entre las antenas. En las cámaras fotográficas cuando aumentamos el zoom se reduce el campo visual. Con los interferómetros eso no pasa, se mantiene el campo visual porque se conserva el tamaño de las antenas.

ALMA puede analizar 8.000 frecuencias simultáneamente por lo que con una sola observación se pueden detectar muchas moléculas. Una radio, por ejemplo, puede detectar muchas emisoras pero sólo se puede escuchar una a la vez. ALMA puede “escuchar” 8.000.
 Las limitaciones de la interferometría son:

-sensibilidad limitada
-cartografiado lento
-distribución de brillo parcial, resolución limitada
-espectro electromagnético parcialmente cubierto

JAO: Joint ALMA Observatory, un observatorio mundial, es el proyecto de muchos países que cuenta con la financiación de todos ellos.

Requiere instalar antenas más alejadas del grupo central para afinar aún más los resultados.
 A finales del 2007 llegó la primera antena a la zona del montaje. Al final serán 66 antenas. Estas antenas son las más perfectas jamás construidas, por lo que los científicos deben guardar secreto profesional sobre su tecnología.

Las contribuciones europeas son 25 antenas, 2 transportadores, edificios, receptores, calibradores, software, radiómetros, personal científico y técnico, ARC.

Por el momento tenemos 52 antenas procesadas por AIV/CSV y otras en fase de proceso o montaje. Ya hay dos ciclos de ciencia iniciados, es decir, aunque ALMA no esté terminado ya está en funcionamiento para que los astrónomos se acostumbren a su manejo. En total, ya se han presentado más de 2000 propuestas de investigación.
 Los primeros resultados corresponden a una variedad de temas:

-Formación de estrellas y planetas.
-Vejez de las estrellas.
-Galaxias cercanas en colisión.
-Galaxias jóvenes en universo lejano.


Algunos de los descubrimientos se han realizado en el periodo de pruebas de las antenas.



Uno de los temas estrella de ALMA es la formación estelar. En las nubes frías abundan las moléculas en las que por el movimiento del gas, en algunos lugares se condensan, formando núcleos densos en los que pueden nacer una o varias estrellas. Son característicos los discos de polvo alrededor de estrellas jóvenes. En el óptico nos es imposible ver este proceso porque el polvo tapa la luz que emite la protoestrella, pero con el interferómetro sí podemos verlo.
 Por ejemplo, la protoestrella IRAS 16293-2422 ha demostrado ser al menos un sistema de tres protoestrellas. Se han estudiado las moléculas presentes en el sistema y se ha localizado glycolaldehyde, un azúcar, es decir,  una molécula compleja.

Cuando las estrellas evolucionan un poco más aparece un disco alrededor de ella en el que pueden llegar a formarse planetas. Se espera poder llegar a distinguir algunos planetas directamente, pero lo que sí se está haciendo ya, es detectar los huecos que dejan los planetas en los discos. Lo que no se esperaba encontrar era discos protoplanetarios alrededor de una enana marrón. Los granos de polvo de este anillo son de un tamaño apreciable. Este descubrimiento demuestra que los planetas pueden estar presentasen estrellas de muchos tipos.

Uno de los discos protoplanetarios más analizados es TW Hay. Se ha estudiado la cinemática del gas evaluando las frecuencias que emiten las moléculas de carbono. Con los datos de estas frecuencias se deducen las velocidades del gas. Se ha concluido que el anillo no es plano, sino que está deformado, lo que no se esperaba. También se ha estudiado la cantidad de deuterio presente en este disco. En la Tierra se cree que la mayor parte del deuterio llegó proveniente de los cometas. Pero ALMA ha encontrado cerca de la estrella deuterio, por lo que es posible que la abundancia de deuterio en nuestro planeta pueda no proceder de los cometas.


AU Mic es una estrella joven que posee un disco en forma de perfil. Se han encontrado granos de polvo cerca de la estrella y más alejados de ella, lo que podría ser un cinturón de asteroides temprano.

El disco de residuos de Fomalhaut también ha sido estudiado. Se han analizado los granos de polvo más grandes que no han sido arrastrados por el viento de la estrella. Con los datos obtenidos se han encontrado que en el sistema hay dos planetas, uno dentro del anillo y otro fuera de él.

Nebulosa Kleinmann-Low en Orión: en este caso se ha estudiado la formación de estrellas de gran masa. En el óptico no puede estudiarse, sólo en el infrarrojo o en el radio. Uno de los cuerpos detectados es muy enigmático. Parece haber salido disparado por “algo”. El estudio de ALMA de esa fuente se basó en analizar el movimiento de la estrella. Los datos obtenidos aún  no han resuelto el misterio. Se ha encontrado agua en la fuente lo que es insólito en una protoestrella por las temperaturas que posee. ¿Podemos usar el agua para el estudio de las estrellas de gran masa? Aún no lo sabemos.

Las estrellas gigantes rojas pulsantes generan nebulosas planetarias. R Sculptoris ha sido recientemente observada por ALMA. La distribución del material corresponde a una espiral. ¿Qué lo puede causar? La existencia de una estrella. El material expulsado por la gigante roja es modelado por la gravedad que genera una estrella compañera.

Con ALMA también podemos estudiar las colisiones galácticas. Estos eventos provocan el nacimiento de muchas estrellas. Se estudió las galaxias Antenae. En la zona intermedia de ambas hay mucho gas molecular que genera el nacimiento de muchas estrellas. Las nubes moleculares detectadas son mucho más grandes que las de nuestra galaxia, además las nubes parecen chocan entre ellas. Es decir, estamos observamos la colisión directa de las galaxias. En estas zonas nacerán supercúmulos de estrellas.

Hoy en día podemos estudiar galaxias muy lejanas a la nuestra y analizar su movimiento. Estamos contribuyendo al conocimiento del Cosmos. ALMA nos ayudará a conocer la formación estelar que se produce en las galaxias lejanas y permitirá el estudio de la emisión molecular, térmica y de las líneas espectrales atómicas de las primeras galaxias. Uno de los casos estudiados es el cuásar BR1202-0725. Este cuásar está rodeado por un conjunto de galaxias. Seguramente estas galaxias acaben fusionándose con el tiempo.  ¿Colisionarán las tres galaxias? Aún no se ha podido determinar el corrimiento al rojo de las tres galaxias.

Otra cosa que podemos analizar es la química de las galaxias utilizando las líneas atómicas. Se ha encontrado que en las galaxias jóvenes ya había elementos químicos evolucionados, es decir, las primeras estrellas ya habían formado elementos como el hidrógeno y carbono, luego el universo evolucionó muy rápidamente.

Se espera que ALMA vaya estudiando poco a poco los objetos cercanos como los discos protoplanetario, y lejanos, como las primeras galaxias del universo. A medida que se termine la construcción de ALMA será mucho más potente.

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