Detrás de escena del Programa GEMMA

Roe es el Subdirector del Observatorio Gemini que se encuentra en Gemini Sur, en Cerro Pachón (Chile), el cual es un líder mundial en una nueva tecnología denominada óptica adaptativa multi-conjugada. Los telescopios terrestres tienen una desventaja en comparación con aquellos que están en el espacio, como el Telescopio Espacial Hubble, debido al efecto distorsionador de nuestra atmósfera — el mismo efecto que hace que las estrellas parezcan titilar en el cielo, pero los astrónomos profesionales pueden superarlo con el uso de la óptica adaptativa.

¿Cómo funcionan los sistemas de óptica adaptativa? Existen dos métodos, los que generalmente se utilizan juntos para proporcionar las mejores correcciones: uno donde se envía un haz de láser al cielo, que energiza los átomos de sodio a unos 90 kilómetros de altitud, haciendo que se vuelvan incandescentes, y creando una estrella “guía” artificial; la otra técnica utiliza una brillante estrella guía natural. En cualquiera de los dos casos, un espejo deformable en el telescopio puede ajustar rápidamente su forma en respuesta a cómo la atmósfera hace fluctuar la luz de la estrella guía, y de este modo, se adapta a la distorsión atmosférica. Como resultado, se obtienen imágenes infrarrojas muy nítidas que pueden acercarse a la resolución máxima teórica del telescopio, denominada límite de difracción.

Roe se desempeña como el Subdirector del Observatorio Gemini.

Credit: Henry Roe

La óptica adaptativa multi-conjugada lleva las cosas un paso más allá; con múltiples espejos deformables que corrigen las múltiples capas de la atmósfera —en otras palabras, puede rectificar la turbulencia atmosférica en tres dimensiones y proporcionar un campo visual más amplio y con mejor corrección.

¡Puede escuchar aquí un podcast sobre el Observatorio internacional Gemini y su rol en el programa GEMMA!

La llegada de GEMMA ha brindado a los astrónomos de Gemini la oportunidad de llevar la óptica adaptativa de vanguardia a Gemini Norte, en Maunakea, para permitir un mejor seguimiento de la astronomía de dominio de tiempo, es decir, las observaciones astronómicas de cosas que están cambiando en el cielo nocturno.

Esto tiene una particular importancia para lo que los astrónomos denominan la astronomía de mensajeros múltiples; donde un fenómeno astronómico no sólo se observa utilizando su luz sino que también a través de otros tipos de “mensajeros” como ondas gravitatorias o neutrinos. Un buen ejemplo de esto es GW 170817, una explosión de ondas gravitatorias detectada por la colisión de un par de estrellas de neutrones observada el 17 de agosto de 2017. Muchos telescopios en todo el mundo rápidamente siguieron esta señal gravitacional y observaron una kilonova —la luz de la fusión de dos estrellas de neutrones — así como la explosión de rayos gamma (GRB por sus siglas en inglés) de corta duración en la galaxia NGC 4993.

Un nuevo y sofísticado sistema de óptica adaptativa apodado Óptica Adaptativa de Gemini Norte (GNAO por sus siglas en inglés) se está desarrollando en Gemini Norte.

Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pollard

“Con Gemini Norte en Maunakea, tenemos uno de los telescopios de imagen más optimizados del mundo, ubicado en donde posiblemente sea el mejor lugar del mundo”, dice Roe. “Ahora queremos aprovecharlo al máximo con este nuevo sistema avanzado de óptica adaptativa”.

GEMMA tiene el financiamiento de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, y una gran cantidad de ese financiamiento se destina al nuevo sistema de óptica adaptativa. Este nuevo sistema se enfoca en la obtención de la captura de imágenes de campo amplio y espectroscopía de campo integral a través del Espectrógrafo Multi-Objeto Infrarrojo de Gemini (GIRMOS por sus siglas en inglés), un instrumento explorador del futuro TMT que actualmente se está construyendo en Canadá.

Otra parte del programa GEMMA es el nuevo software para controlar y planificar observaciones. Cuando se trata de programar las observaciones nocturnas, Gemini Norte opera un sistema de observación en cola, a través del cual las observaciones se clasifican en orden de potencial importancia científica y condiciones de observación necesarias.

La llegada de GEMMA ha brindado a los astrónomos de Gemini la oportunidad de llevar la óptica adaptativa de vanguardia a Gemini Norte.

GEMMA permite la astronomía de mensajeros múltiples, que involucra la observación de fenómenos como ondas gravitatorias.

Credit: NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Sin embargo, a menudo sucede que estos planes de observación necesitan reorganizarse en medio de la noche, lo cual nunca es sencillo. A veces se debe a factores climáticos, ya que, aunque los pronósticos meteorológicos se utilizan para planificar observaciones, estos nunca aciertan el 100% del tiempo. Además —y esto es más pertinente para la astronomía de dominio de tiempo (el estudio de cómo los objetos cósmicos, como las supernovas, cambian en el tiempo), a veces llega una alerta sobre una nueva kilonova o explosión de rayos gamma que se acaba de descubrir y que requerirá observaciones rápidas de seguimiento. Por lo tanto, la programación de observación deberá dejarse en espera pues esta alerta tomará precedencia. Ahí es cuando entra en acción la nueva Herramienta de Gestión de Objetivos y Observación (TOM por sus siglas en inglés), desarrollada por ingenieros de software del Observatorio Las Cumbres: este software de libre acceso permite a los astrónomos crear un sistema TOM propio que pueden personalizar para priorizar objetivos y gestionar tanto observaciones como datos con facilidad.

“Cuando llega una alerta, debemos encontrar una forma de ser más eficientes sobre la forma en que rápidamente cambiamos el plan en medio de la noche”, nos cuenta Roe. Para ello, se están desarrollando nuevos software como parte de GEMMA. Esto no sólo ayudará a las observaciones de dominio de tiempo y de mensajeros múltiples al poner el telescopio en el objetivo de forma más rápida, sino que, al hacer que las cosas sean más eficientes, también beneficiará a otras observaciones porque el telescopio podrá conseguir hacer más cosas en una noche determinada.

Las mejoras de GEMMA para Gemini Norte también permitirán una mejor sincronización con el próximo Observatorio Vera C. Rubin, una de las instalaciones futuras de NOIRLab que estará explorando el cielo cada noche con su espejo de 8,4 metros.

Se trata de hacer malabares con los recursos que nos permitirán llevar esto a cabo, ese es el desafío más grande, y es satisfactorio cuando se consiguen juntar todas las piezas.

El conjunto de extremo superior (TEA) para el conjunto de montaje del telescopio (TMA) se levantó con una grúa hasta la cúpula del observatorio y se instaló en el TMA el 2 de marzo 2021. La tarea se completó con éxito y fue un hito muy celebrado para el Observatorio Rubin.

Credit: Rubin Observatory/NSF/AURA

“Las mejoras significarán que los astrónomos podrán realizar sus observaciones con las condiciones atmosféricas exactas que necesitan, en lugar de hacerlas con las que no necesitan, lo que les proporcionará mejores datos y beneficiará a todo programa astronómico que opere en el telescopio”, concluye Roe.