Ilustración del artista del Atacama Large Millimeter Array actualmente en construcción. Crédito de la imagen: ESO. Click para agrandar.
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Fraser Cain: ¿Me puede dar algunos antecedentes sobre el espectro submilimétrico? ¿Dónde encaja eso?
Paul Ho: El submilímetro, formalmente, tiene una longitud de onda de 1 milímetro y menos. Entonces, la longitud de onda de 1 milímetro en frecuencia corresponde a aproximadamente 300 gigahercios o 3 × 10 ^ 14 hertzios. Entonces, es una longitud de onda muy corta. Desde eso hasta una longitud de onda de aproximadamente 300 micras, o un tercio de milímetro, es lo que llamamos el rango submilimétrico. Es lo que llamamos el final de la ventana atmosférica en lo que respecta a la radio, porque más corto, aproximadamente un tercio de milímetro, el cielo se vuelve esencialmente opaco debido a la atmósfera.
Fraser: Entonces, estas son ondas de radio, como lo que escucharías en la radio, pero mucho más cortas, nada que pudiera captar en mi radio FM. ¿Por qué son buenos para ver el Universo donde hace frío?
Ho: Cualquier objeto que conozcamos o veamos, por lo general, irradia una extensión de energía que caracteriza los materiales de los que estamos hablando, por lo que llamamos a esto un espectro. Y este espectro de energía generalmente tiene una longitud de onda máxima, o la longitud de onda a la que se irradia la mayor parte de la energía. Esa longitud de onda característica depende de la temperatura del objeto. Entonces, cuanto más caliente es el objeto, más corta es la longitud de onda, y cuanto más frío es el objeto, más larga es la longitud de onda. Para el Sol, que tiene una temperatura de 7,000 grados, tendrías una longitud de onda máxima que sale en la óptica, que es, por supuesto, por qué nuestros ojos están sintonizados a la óptica, porque vivimos cerca del Sol. Pero a medida que el material se enfría, la longitud de onda de esa radiación se hace más y más larga, y cuando se baja a una temperatura característica de, digamos, 100 grados por encima del Absoluto Cero, esa longitud de onda máxima sale algo compartido en el infrarrojo lejano o en el submilímetro. Por lo tanto, una longitud de onda del orden de 100 micras, o un poco más larga que eso, lo coloca en el rango submilimétrico.
Fraser: Y si pudiera cambiar mis ojos y reemplazarlos con un conjunto de ojos submilimétricos, ¿qué podría ver si mirara hacia el cielo?
Ho: Por supuesto, el cielo continuaría siendo bastante frío, pero comenzarías a recoger muchas cosas que son bastante frías y que no verías en el mundo óptico. Cosas como materiales que giran alrededor de una estrella que son geniales, del orden de 100 Kelvin; bolsas de gas molecular donde se forman las estrellas: serían más frías que 100 K. O en el Universo muy lejano, temprano, cuando las galaxias se ensamblan por primera vez, este material también es muy frío, lo que no se podría ver en el mundo óptico. , que podrías ver en el submilímetro.
Fraser: ¿Qué instrumentos estás usando, ya sea aquí o en el espacio?
Ho: Hay instrumentos terrestres y espaciales. Hace 20 años, la gente comenzó a trabajar en el submilímetro, y había algunos telescopios que comenzaban a operar en esta longitud de onda. En Hawai, en Mauna Kea, hay dos: uno llamado James Clerk Maxwell Telescope, que tiene un diámetro de unos 15 metros, y también el Observatorio Submillimeter Caltech, que tiene un diámetro de unos 10 metros. Hemos construido un interferómetro, que es una serie de telescopios que están coordinados para operar como un solo instrumento en la parte superior de Mauna Kea. Entonces, 8 telescopios de clase de 6 metros que están unidos entre sí y se pueden separar o acercar a una línea base máxima o separación de medio kilómetro. Por lo tanto, este instrumento está simulando un telescopio muy grande, del tamaño de medio kilómetro como máximo y, por lo tanto, logra un ángulo de resolución muy alto en comparación con los telescopios de elemento único existentes.
Fraser: Es mucho más fácil combinar la luz de los radiotelescopios, así que supongo que es por eso que puedes hacer eso.
Ho: Bueno, la técnica de interferómetro se ha utilizado en la radio desde hace bastante tiempo, por lo que hemos perfeccionado esta técnica bastante bien. Por supuesto, en el infrarrojo y la óptica, las personas también están comenzando a trabajar de esta manera, trabajando en interferómetros. Básicamente, combinando la radiación, tienes que hacer un seguimiento de la fase frontal de la radiación que entra. Normalmente explico esto como si tuvieras un espejo muy grande y lo rompieras, así que solo reserva algunas piezas del espejo, y luego Si desea reconstruir la información de esas pocas piezas de espejo, hay algunas cosas que debe hacer. Primero, debe poder mantener las piezas del espejo alineadas, una respecto a la otra, tal como era cuando era un espejo completo. Y segundo, para poder corregir el defecto, por el hecho de que hay mucha información faltante con tantos pedazos de espejo que no están allí, y solo estás probando algunas piezas. Pero esta técnica particular llamada síntesis de apertura, que consiste en hacer un telescopio de apertura muy grande utilizando piezas pequeñas, por supuesto, es el producto del trabajo ganador del premio Nobel de Ryle y Hewish hace algunos años.
Fraser: ¿Qué instrumentos se desarrollarán en el futuro para aprovechar esta longitud de onda?
Ho: Después de que nuestros telescopios se construyan y estemos trabajando, habrá un instrumento aún más grande que se está construyendo ahora en Chile llamado Atacama Large Millimeter Array (ALMA), que consistirá en muchos más telescopios y aperturas más grandes, que serán mucho más sensible que nuestro instrumento pionero. Pero esperamos que nuestro instrumento comience a descubrir los signos y la naturaleza del mundo en la longitud de onda submilimétrica antes de que aparezcan los instrumentos más grandes para poder seguir y hacer un trabajo más sensible.
Fraser: ¿Hasta dónde podrán mirar esos nuevos instrumentos? ¿Qué podrían ver?
Ho: Uno de los objetivos de nuestra disciplina de astronomía submilimétrica es mirar hacia atrás en el tiempo a la primera parte del Universo. Como mencioné anteriormente, en la etapa inicial del Universo, cuando estaba formando galaxias, tienden a ser mucho más frías en las primeras fases cuando se estaban ensamblando las galaxias, y pensamos que irradiará, en principio, en el submilímetro. Y puede verlos, por ejemplo, usando el telescopio JCM en Mauna Kea. Puedes ver algunos de los primeros Universo, que son galaxias muy desplazadas hacia el rojo; estos no son visibles en la óptica, pero son visibles en el submilímetro, y esta matriz podrá visualizarlos y ubicarlos de manera muy activa en cuanto a dónde están ubicados en el cielo para que podamos estudiarlos más a fondo. Estas galaxias muy tempranas, estas primeras formaciones, creemos que están en desplazamientos al rojo muy altos, le damos este número Z, que es un desplazamiento al rojo de 6, 7, 8, muy temprano en la formación del Universo, por lo tanto, mirando hacia atrás, quizás al 10% de la época en que el Universo estaba siendo ensamblado.
Fraser: Mi última pregunta para ti ... Deep Impact llegará en unas pocas semanas. ¿Tus observatorios también estarán viendo esto?
Ho: Oh si, por supuesto. El Impacto Profundo es algo en lo que estamos interesados. Para nuestro instrumento, hemos estado estudiando cuerpos del tipo del Sistema Solar, y esto incluye no solo los planetas, sino también los cometas a medida que se acercan o impactan, esperamos ver material para escupir, lo que deberíamos poder rastrear en el submilímetro porque no solo observaremos las emisiones de polvo, sino que podremos observar las líneas espectrales de los gases que salen. Por lo tanto, esperamos poder centrar nuestra atención en este evento, y también proyectarlo.
Paul Ho es astrónomo del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts.
