Astrónomos enfocan ojos robóticos en la Vía Láctea, nuestro hogar cósmico

Gracias a una innovación robótica revolucionaria, una colaboración internacional que incluye a la Universidad de Toronto ha hecho avanzar el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto de investigación de 20 años que ha estado investigando la estructura y la evolución de nuestro hogar cósmico, el Milky Camino galaxia.

Un nuevo Sistema de Plano Focal (FPS) está en el corazón de la quinta fase del proyecto, denominado SDSS-V. El sistema reemplaza un enfoque práctico que requiere mucho tiempo para hacer observaciones simultáneas de cientos de estrellas eso requirió que los astrónomos conectaran manualmente cientos de fibras ópticas en agujeros perforados en una placa de metal en el plano focal de un telescopio.

Con esta nueva innovación, las 500 unidades de posicionamiento robótico del sistema reemplazan las manos humanas y maniobran con precisión las fibras ópticas en posición en el plano focal del telescopio para que cada una pueda captar la luz de una estrella específica dentro del área objetivo.

«Pasamos de recolectar unos pocos miles de espectros por noche a casi 15 mil», dice Juna Kollmeier, directora de SDSS-V, la quinta fase de SDSS, y directora del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) de la U of T.

«Es un cambio fantástico en la forma en que operamos que no solo nos permitirá inspeccionar más objetos, sino también probar estos sistemas a lo largo del tiempo, en escalas de tiempo a las que no podíamos acceder anteriormente. Esto abre una enorme riqueza de nueva ciencia».

Además de Kollmeier, otros astrónomos de la U of T involucrados en SDSS-V incluyen al profesor asociado Jo Bovy, la profesora asistente Maria Drout y la profesora asistente Ting Li, todos del departamento de astrofísica David A. Dunlap y astrofísica en la Facultad de Artes y Ciencias. —y Ted Mackereth, becario posdoctoral de Banting-Dunlap-CITA.

El desarrollo del nuevo FPS robótico fue un esfuerzo de cinco años por parte de un equipo internacional, incluido el Laboratorio de Ciencias de la Imagen de la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad de Washington, la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y los Observatorios Carnegie en Pasadena.

Los equipos de diseño superaron numerosos desafíos planteados por la pandemia global al desarrollar y construir componentes dondequiera que estuvieran, algunos en sus propios garajes y patios traseros, y enviarlos a otro lugar para su posterior ensamblaje. Los robots fueron construidos en Suiza e integrados en las principales unidades mecánicas en Columbus, Ohio.

Las fases anteriores de SDSS observaron millones de estrellas en nuestra galaxia natal utilizando espectrógrafos, instrumentos capaces de medir la luz de una estrella en diferentes longitudes de onda. Los espectros resultantes revelaron una notable cantidad de información sobre las estrellas: su edad, temperatura, composición química, movimiento y más.

Hay dos unidades FPS. Uno está en funcionamiento en el telescopio de 2,5 metros de la Fundación Sloan en el Observatorio Apache Point (APO) en Nuevo México. Una segunda unidad está en construcción y, cuando esté completa, operará en un telescopio en el Observatorio Las Campanas en el norte de Chile. (En el Observatorio Las Campanas en 1987, el astrónomo de la U de T Ian Shelton fue uno de los dos observadores que vieron por primera vez la Supernova 1987A, una estrella en explosión en la galaxia compañera de la Vía Láctea, la Gran Nube de Magallanes).

El FPS habilitará dos de los tres programas científicos básicos en SDSS-V: Milky Way Mapper (MWM) y Black Hole Mapper (BHM). Juntos, estos proyectos recopilarán datos de millones de objetos repartidos por el cielo, desde estrellas en nuestro propio patio trasero galáctico hasta agujeros negros supermasivos inimaginablemente distantes.

El MWM estudiará en detalle nuestra galaxia natal. Aprovechará nuestra perspectiva única dentro de la Vía Láctea para crear un mapa de alta resolución de las estrellas de la galaxia y cómo se mueven.

El MWM también medirá masas, edades, composiciones químicas, la presencia de compañeras y una gran cantidad de otras propiedades para vastas muestras de estrellas de todo tipo, incluidas estrellas masivas calientes, estrellas que recién se están formando y las enanas blancas que son restos muertos de estrellas como nuestro Sol. También se enfocará en decenas de miles de sistemas planetarios y de múltiples estrellas para comprender con qué frecuencia se forman los sistemas de múltiples compañeros y qué determina cómo se estructuran.

Mirando más lejos, el BHM estudiará los cuásares, que se encuentran entre los objetos más luminosos del universo. Impulsados ​​por el material que fluye hacia los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, los cuásares pueden usarse como balizas para rastrear el crecimiento de estos titanes a lo largo del tiempo cósmico. SDSS-V recopilará datos sobre más de 300 000 cuásares para medir las masas de sus agujeros negros, comprender la física de cómo engullen materia y rastrear su crecimiento durante muchos miles de millones de años.

Estas amplias muestras de tipos de objetivos sorprendentemente diferentes (millones de estrellas de la Vía Láctea, cientos de miles de cuásares distantes) se encuentran entre los aspectos clave que distinguen a SDSS-V de otras encuestas y están habilitados por el nuevo sistema FPS.

«Este proyecto ha sido verdaderamente colaborativo, involucrando las contribuciones de científicos en más de 50 instituciones de todo el mundo», dice Kollmeier.

«Estamos encantados de haber alcanzado este hito tecnológico a pesar de estar en medio de una pandemia mundial y estamos emocionados de presenciar cómo este cambio mejorará el trabajo del proyecto».