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EMIR, a través de las rendijas I

15/10/2004

"Como reto de ingeniería, EMIR se convierte en el instrumento más difícil que conozco (...). Aún así, mi recomendación sería darle prioridad. ¡Láncense contra el viento, hipotequen el Museo del Prado si es necesario, pero vayan a por todas! Si lo consiguen, situará al Gran Telescopio CANARIAS y al Instituto de Astrofísica de Canarias entre los observatorios científicamente más productivos del mundo. En mi opinión, simplemente no hay elección. Tienen que hacer que EMIR sea una realidad".

Estas fueron las palabras de uno de los prestigiosos científicos que participó en las primeras revisiones de los instrumentos del Gran Telescopio CANARIAS (GTC). EMIR (Espectrógrafo Multiobjeto Infrarrojo) es un instrumento de segunda generación pensado para el GTC que será clave para el estudio de la historia de la formación de estrellas en el Universo.

Su reto principal ha sido, hasta el momento, desarrollar un sistema de máscaras multirrendija que pueda funcionar a temperaturas criogénicas, algo tecnológicamente complejo que se está logrando gracias al trabajo del equipo del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) que construye EMIR. Según miembros del propio equipo, un instrumento como EMIR perdería todo su sentido sin máscaras multirrendija.

RENDIJAS DE LUZ

La Real Academia define la palabra rendija como “hendidura, raja o abertura larga y estrecha que se produce en cualquier cuerpo sólido, como una pared, una tabla, etc., y lo atraviesa de parte a parte”. También como “hendidura por donde pueden entrar la luz y el aire exteriores”.

En esta última definición es donde encajan nuestras rendijas.

Para un astrofísico, una rendija es sinónimo de espectroscopía, que es el estudio de la naturaleza de los objetos celestes mediante el análisis de su espectro (conjunto de colores o de longitudes de onda, que forman la luz blanca: violeta, azul, añil, verde, amarillo, naranja y rojo). Observando los espectros estelares se puede obtener importante información, no sólo sobre la composición química de las estrellas o de otras entidades en el Universo, sino también sobre sus condiciones físicas (temperatura, densidad, presión...) o sobre su velocidad de rotación.

Un espectrógrafo o espectroscopio es, por tanto, un instrumento que separa la luz, tanto visible como no visible, en los diferentes colores o longitudes de onda que la componen. Actúa como las gotas de lluvia que, al dispersar la luz del Sol, provocan el arco iris.

En un instrumento de este tipo, la anchura de la rendija por donde entra la luz, combinada con la óptica interna del espectrógrafo, es la que controla la resolución espectral. La rendija permite también seleccionar la zona o región de un objeto que se quiera estudiar. Digamos que la luz puede penetrar al instrumento de varias formas: en modo normal, o modo imagen, es decir, sin ser controlada en su entrada, o en modo de rendija. Con esta última técnica, lo que se hace es seleccionar la procedencia de la luz que llega al instrumento “tapando” aquello que no nos interesa. Utilizamos para ello las denominadas máscaras, que suelen ser placas (normalmente de aluminio) en las que se horada un agujero o rendija para que sólo nos llegue la luz del objeto de estudio.

Hoy día se trata de maximizar la eficacia observacional de un telescopio, para lo que se recurre a diversas técnicas, entre las que destaca la espectroscopía multirrendija. Hay zonas del cielo en las que la densidad de objetos es tan alta que observarlos uno a uno con una rendija única sería prohibitivo en tiempo de observación. Por este motivo se recurre a la espectroscopia multirrendija, para poder observar muchos objetos a la vez, aprovechando el uso del plano focal del telescopio. Para ello, se utilizan máscaras multirrendija, es decir, placas con diversas rendijas que, colocadas en el plano focal del telescopio, coincidirán con la posición de dichos objetos.

Por ejemplo, el instrumento LIRIS, construido en el IAC para el Telescopio “William Herschel”, de 4,2 m, montado en el ORM, en la isla de La Palma, puede observar 25 objetos a la vez gracias a unas máscaras que contienen este número de rendijas, con la posibilidad de incorporar 10 máscaras distintas simultáneamente, pero seleccionándolas secuencialmente. Esto implica tener capacidad para estudiar hasta 250 objetos sin tener que realizar ningún cambio en el instrumento. En el mismo tiempo, con rendija larga sólo se observarían 10 objetos como máximo.

Lógicamente, cada vez que queremos cambiar de objetos o de campo de observación, debemos también cambiar de máscara. De ahí surge uno de los retos de EMIR.

LA CRIOGENIA EN EMIR

Los instrumentos que trabajan en el infrarrojo han de estar dentro de un criostato que mantenga todos los elementos a una temperatura de –200 ºC. Ésta es la única forma de poder realizar observaciones en ese rango del espectro electromagnético (ver “Infrarrojo a la vista I y II”). Si quisiéramos cambiar de máscara, tendríamos que calentar, abrir, cambiar las máscaras, cerrar y volver a enfriar el conjunto cada vez que fuese necesario...

Pero en un instrumento tan grande como EMIR, esto resultaría muy difícil y, si llegara a conseguirse, todo el proceso haría perder mucho tiempo de observación: EMIR tardaría aproximadamente una semana en el ciclo completo de calentarse a temperatura ambiente, de modo que se pudiera abrir para hacerle los cambios, y enfriarse de nuevo una vez cerrado.

En un principio, se planteó la posibilidad de instalar las máscaras en un pequeño criostato aparte, que pudiese aislarse, calentarse y enfriarse separadamente, para así poder cambiar las máscaras multirrendija sin afectar al conjunto del instrumento.

Pero también se pensó en otra forma de hacerlo mucho más interesante: un robot que “conformara” las máscaras, incorporado en el propio criostato del instrumento, evitando de esta manera manipular el instrumento más de lo necesario.

Hablaremos de ésta máscara en nuestro próximo boletín. No se lo pierda.

Natalia R. Zelman

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