Los robots aceleran la tarea más aburrida de la astronomía | Ciencias

Era uno de los trabajos más extraños y monótonos de la astronomía: conectar fibras ópticas con cientos de agujeros en láminas de aluminio. Todos los días, los técnicos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) preparaban hasta 10 paneles que se colocarían esa noche en el foco de los telescopios de exploración en Chile y Nuevo México. Los agujeros coincidían con las ubicaciones exactas de estrellas, galaxias u otros objetos brillantes en la vista de los telescopios. La luz de cada objeto cayó directamente sobre las fibras y se transmitió a un espectrofotómetro, que divide la luz en longitudes de onda de componentes, revelando detalles esenciales como de qué está hecho y cómo se mueve.

Ahora, 20 años después, SDSS es robótico. Para el próximo quinto conjunto de estudios del proyecto, conocido como SDSS-V, las placas de conexión serán reemplazadas por 500 pequeños brazos robóticos, cada uno con extremidades fibrosas que patrullan una pequeña región del plano focal del telescopio. Puede reconfigurarse para un nuevo mapa del cielo en dos minutos. Otros estudios del cielo también están adoptando robots rápidos. No solo ahorrarán un valioso tiempo de observación, sino que también permitirán que las encuestas se mantengan al día con el satélite europeo Gaia, el próximo Observatorio Vera C. Rubin en Chile y otros esfuerzos que están produciendo enormes catálogos de objetos que necesitan espectroscopía. «Está impulsado por encuestas fotográficas fenomenales», dice el astrónomo Richard Ellis de University College London.

COVID-19 está retrasando la transformación robótica de SDSS. El Northern Survey Telescope en el Observatorio Apache Point en Nuevo México comenzó a tomar datos SDSS-V en octubre de 2020 utilizando plugboards. Tiene como objetivo cambiar a la robótica a mediados de 2021. La cordillera sur del Observatorio Las Campanas en Chile seguirá más adelante en el año. «Es un plátano, pero vemos el final del túnel», dice el director de SDSS-V, Juna Kollmeier, de los Observatorios Carnegie.

La robótica representa un nuevo capítulo para SDSS. Durante 10 años, la mayor parte de su tiempo se dedicó a estudiar la energía oscura, la fuerza misteriosa que acelera la expansión del universo. El SDSS ha asignado la luz de millones de galaxias para determinar la distancia entre ellas, mediante un corrimiento al rojo, que es el corrimiento Doppler en su luz debido a la expansión del universo, como el aullido de la sirena retrógrada. Los resultados del Estudio Galáctico, publicados en julio de 2020, rastrearon la expansión del universo a lo largo del 80% de su historia con una precisión del 1%, confirmando los efectos de la energía oscura, quizás el mayor misterio en cosmología. Romperlos requerirá una mayor consideración a tiempo para galaxias débiles, lo que está más allá de las capacidades de los telescopios de exploración de 2,5 metros de largo.

En cambio, los dominios ejecutarán tres nuevas encuestas. Milky Way Mapper recopilará espectros de 6 millones de estrellas y comprobará su composición para ver cuánto tiempo han pasado ardiendo y formando elementos pesados. «Todas las estrellas son relojes», explica Colmayr. Con las estimaciones de edad, los astrónomos pueden saber cuándo se formaron partes de la Vía Láctea. Los cambios menores en la composición también podrían revelar si un grupo de estrellas se originó en otra galaxia o un cúmulo de estrellas se incluyó en nuestro grupo, algo conocido como la historia de la Vía Láctea como arqueología galáctica.

En otro estudio, Black Hole Mapper, las fibras ópticas recolectarán luz de galaxias brillantes para identificar los agujeros negros supermasivos que las albergan. Los cambios Doppler en los espectros de los gases incandescentes que rodean estos agujeros negros podrían revelar la rapidez con que este material es bombardeado a su alrededor y, por lo tanto, lo pesado que es. Los cambios en los espectros podrían rastrear cómo devoran y liberan corrientes de este gas. Al rastrear los gases a lo largo del tiempo, dice Colmayr, los astrónomos podrían aprender cómo crecen los agujeros negros, aparentemente en coordinación con sus galaxias.

El tercer escaneo, Local Volume Mapper, agrupará las fibras como un detector de píxeles múltiples para obtener espectros de nubes de gas interestelar dentro de galaxias cercanas. «Simultáneamente estamos mapeando una galaxia entera con gran detalle», dice Kollmeier. Al identificar los movimientos y la formación de las nubes de gas, el equipo de SDSS espera determinar por qué algunas estrellas colapsan y otras no.

Mientras tanto, fue la búsqueda de la energía oscura lo que SDSS había creado. Será transferido al instrumento de espectroscopia de energía oscura, Un espectrómetro automático de 5.000 fibras en un telescopio de 4 metros en Arizona. Pronto comenzará a rastrear distancias de decenas de millones de galaxias en el universo distante.

En los próximos meses, el telescopio William Herschel, un telescopio de 4,2 metros en las Islas Canarias, se unirá a la revolución de la robótica enviando luz a un espectrómetro de 1.000 fibras llamado Explorador de Velocidad de Área Mejorada (WEAVE) de WHT. En lugar de utilizar robots para mantener las fibras en su lugar, WEAVE trabaja fuera de línea, capturando y colocando los extremos de las fibras magnéticas en una placa de metal, automatizando lo que hacían los enchufes de hoja SDSS. Uno de los objetivos de WEAVE es recopilar transformaciones Doppler de miles de millones de estrellas dibujadas por Gaia, para ilustrar sus movimientos 3D completos. Entonces, «podemos retroceder el reloj y ver de dónde vienen», dice Scott Trager, científico del proyecto en la Universidad de Groningen. Es otra forma de hacer arqueología galáctica.

El próximo año, el Observatorio Europeo Austral (ESO) de 4 metros de largo estará equipado con un telescopio espectroscópico de cuerpos múltiples en Chile con otra tecnología robótica. Sus 2.400 fibras serán alimentadas por «espinas» controlables que se adhieren al plano focal del telescopio y pueden moverse, como tallos de trigo en la brisa. Al igual que WEAVE, las fuentes identificadas por las naves espaciales europeas, incluidas Gaia y Euclid, seguirán la próxima misión de energía oscura.

Otros espectrofotómetros de fibra también ayudarán en estudios de eventos cósmicos de rápido movimiento, como supernovas o colisiones violentas que producen ondas gravitacionales. El Observatorio Rubin descubrirá muchos de ellos. A partir de 2023, se espera que cada noche se descubran 10 millones de criaturas que cambian rápidamente. Para los miles que buscan un escrutinio, «Spectra es realmente importante para comprender qué es una fuente», dice Eric Bellum de la Universidad de Washington, Seattle, quien es la ciencia líder de la corriente de alerta Robin.

Incluso algunos de los rangos más grandes del mundo, en un rango de 8 metros, agregan espectrogramas automatizados. Los telescopios japoneses Subaru y ESO están desarrollando sistemas que ocultan objetos distantes débiles. Ellis dice que el espectrofotómetro combinado con el espejo de 8,2 metros de altura de Subaru podrá capturar los espectros de estrellas individuales en la galaxia de Andrómeda, la gemela cercana de la Vía Láctea. «Con un telescopio grande, podemos hacer la arqueología de las galaxias en nuestros vecinos más cercanos», dice.