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20 de septiembre de 2017

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Opiniones: Jordi Cepa. “El reto de Osiris hecho realidad”

28/10/2005

Cuando el próximo año entre en funcionamiento, el Gran Telescopio CANARIAS (GTC) será el mayor telescopio óptico del mundo, y OSIRIS será el instrumento español que permitirá su explotación científica durante los primeros años de andadura.

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Jordi Cepa es, entre otras cosas, Profesor Titular del Departamento de Astrofísica de la Universidad de La Laguna e investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias. Pero además es investigador principal de OSIRIS. En este reportaje nos habla del secreto que hace de éste un instrumento tan poderoso: los filtros sintonizables.

OPINIONES: JORDI CEPA

El GTC empezará, a principios del próximo año, las pruebas de alineado de los 36 segmentos que componen su espejo primario, de 10.4 metros de diámetro. Su incorporación a la batería de telescopios del Observatorio del Roque de Los Muchachos en la isla de La Palma, permitirá recoger casi diez veces más luz que los mayores telescopios de este Observatorio. Solamente los gigantescos Keck en Hawai serán capaces de rivalizar con este coloso.

Aunque la capacidad colectora de luz de un telescopio es fundamental para observar objetos más débiles y más lejanos, los instrumentos constituyen las herramientas de alta precisión capaces de analizar la luz que recoge el telescopio y así obtener los hallazgos científicos que hacen avanzar las fronteras de la Astronomía.

OSIRIS es el instrumento español que operará desde el primer momento en el GTC, y será el único instrumento español disponible durante los primeros años. Es el resultado de la colaboración entre el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), responsable y socio mayoritario del proyecto, y el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (IA-UNAM). Ha sido financiado por GRANTECAN, la empresa pública que se encarga de la construcción del GTC, el Plan Nacional de Astronomía y Astrofísica del Ministerio de Ciencia y Tecnología y el Instituto de Astrofísica de Canarias.

Con la construcción del GTC y de OSIRIS, España entra en pie de igualdad en el club de los grandes de la Astronomía mundial, rivalizando con Estados Unidos y el Observatorio Europeo Austral (ESO). No es fácil entrar en este club exclusivo: la construcción de un instrumento para un telescopio de la clase 10 metros es extraordinariamente compleja. El motivo es que el tamaño y peso de todos los elementos que componen el instrumento es proporcional al tamaño del telescopio, mientras que la precisión ha de ser superior. Por esta razón es mucho más difícil y costoso construir un instrumento para un telescopio de 10 metros que para uno de 4 metros, pues representa una inversión de esfuerzos y tecnología muy considerables.

Además, implica el compromiso y la dedicación total de un equipo de astrónomos e ingenieros durante varios años, típicamente unos cinco o seis años, como es el caso de OSIRIS, aunque en otros países el desarrollo de algunos instrumentos haya representado embarcarse en una aventura de ocho o más años.

En la construcción de esta maravilla de la tecnología y la precisión que es OSIRIS han intervenido empresas nacionales y extranjeras bajo la dirección y supervisión de los ingenieros del Instituto de Astrofísica de Canarias.

El poder de los filtros sintonizables

El poder de OSIRIS reside en los filtros sintonizables, que lo convierten en un instrumento único, novedoso y competitivo, exponente de la innovación y desarrollo tecnológico que exigen los instrumentos para grandes telescopios.

El concepto de filtro será familiar a todos los lectores, desde un filtro solar que permite observar el Sol con un telescopio, hasta un filtro para una cámara fotográfica o incluso unas gafas de sol. Un filtro para uso astronómico no es muy distinto: se encarga de seleccionar una parte de la luz que llega al instrumento para poder estudiar cada color separadamente. La única diferencia reside en la precisión y la calidad con que realiza su función.

Un filtro de los denominados de “banda ancha” solamente deja pasar a su través uno de los colores del espectro, como si de un filtro coloreado se tratara. Los filtros de “banda estrecha” dejan pasar solamente una de las tonalidades de un mismo color. Dicho más técnicamente, dejan pasar un intervalo espectral menor. Los filtros de banda estrecha permiten estudiar con toda precisión la emisión del gas presente en galaxias como Andrómeda, nebulosas planetarias, regiones de hidrógeno ionizado como Orión, etc., con resolución espacial, lo que no permiten otras técnicas como la espectroscopía.

Existen multitud de zonas del espectro donde emite el gas de estos objetos, las llamadas “líneas de emisión”. Cada elemento químico emite varias de estas líneas en distintas zonas del espectro. Estas líneas proporcionan información muy valiosa sobre la temperatura, composición química, edad, características de la estrella joven y masiva que ioniza el gas, etc. Por tanto es de suma importancia poder observar el mayor número posible de líneas. Para complicar más el problema, las galaxias presentan el denominado “desplazamiento hacia el rojo” que consiste en que las líneas de emisión se desplazan a zonas más rojas del espectro de forma proporcional a la distancia que nos separa de la galaxia.

Sin embargo estos filtros “convencionales” solamente dejan pasar un color, tonalidad o rango espectral fijo. Si se pretende estudiar otro rango espectral distinto, bien porque se pretenda estudiar otra línea de emisión, bien porque se pretenda estudiar la misma línea en otra galaxia de un desplazamiento al rojo distinto, es preciso utilizar otro filtro.

En conclusión, para poder estudiar aspectos tales como la evolución de las galaxias que pueblan el Universo, sería preciso disponer de una gran cantidad de filtros convencionales de banda estrecha que cubriesen todo el rango espectral visible. De esta manera sería posible estudiar cualquier conjunto de líneas de emisión de cualquier galaxia independientemente de su desplazamiento al rojo. Esto, sin embargo, no es factible: ningún observatorio posee la gran cantidad de filtros necesaria debido a su coste prohibitivo. Es más, pocos observatorios tienen siquiera un número razonable de filtros que permita estudiar adecuadamente incluso galaxias próximas.

Los filtros sintonizables son la solución a este problema. Como su nombre indica, permiten variar a voluntad (sintonizar) tanto la longitud de onda como el ancho de banda o rango espectral que dejan pasar. Para ello constan de dos láminas de vidrio extraordinariamente planas y paralelas, muy próximas entre sí, con un recubrimiento reflectante interior. Tres piezoeléctricos situados entre las láminas permiten controlar con extrema precisión y rapidez el paralelismo y la separación entre las mismas. Para dar una idea de su precisión: si el filtro sintonizable tuviera un diámetro del tamaño de España, las irregularidades de sus caras tendrían una altura de 1 cm, mientras que la separación entre las láminas se ajustaría con una precisión de 2 mm. La parte del espectro, así como el rango espectral (ancho de banda) que se desea observar, viene determinada por la separación entre las láminas, que se puede cambiar en tan sólo una décima de segundo mediante los piezoeléctricos.

Un filtro sintonizable es extraordinariamente versátil: cada uno de los dos filtros sintonizables de OSIRIS equivale a 19.000 filtros convencionales. Puestos uno encima del otro alcanzarían una altura de 152 m, similar a la de la Torre Picasso en Madrid o la Torre Mapfre de Barcelona y 30 metros mayor que la altura de la Puerta de Europa en Madrid.

MÁS DATOS:

Un filtro de banda ancha convencional deja pasar un solo color fijo e inamovible del espectro visible.

Un filtro de banda estrecha convencional deja pasar una tonalidad fija e inamovible de un solo color del espectro.


Filtro sintonizable de OSIRIS. Está formado por dos láminas de vidrio con un recubrimiento reflectante interior. Tres piezoeléctricos (para mayor claridad en la figura solamente se han representado dos de ellos) controlan con mucha exactitud el paralelismo y la separación entre las láminas. Tanto es así, que si el filtro sintonizable tuviera el diámetro de España, la separación entre las láminas se ajustaría con una precisión de 2 mm. Es el cambio de esta separación lo que permite variar a voluntad (sintonizar), en tan solo una décima de segundo, la parte del espectro y el ancho de banda que se desea observar. La extrema versatilidad del filtro sintonizable de OSIRIS hace que sea equivalente a 19.000 filtros convencionales de banda estrecha. Además, al permitir seleccionar rangos espectrales más estrechos que los filtros convencionales, también permite observar objetos mucho más débiles.

CRÉDITOS: JORDI CEPA

Textos: Jordi Cepa, investigador principal del instrumento OSIRIS y del proyecto OTELO, Profesor Titular del Departamento de Astrofísica de la Universidad de La Laguna e investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias. En la actualidad ocupa además los cargos de Director del Departamento de Astrofísica y de Coordinador de Enseñanza del Instituto de Astrofísica de Canarias. El instrumento OSIRIS ha sido posible gracias al apoyo de astrónomos de distintas instituciones españolas y extranjeras, así como a la dedicación de un equipo extraordinario de ingenieros del IAC y del IA-UNAM.

Para más información:
http://www.iac.es/project/OSIRIS

Natalia R. Zelman

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