“Un observatorio es como una nave espacial, es algo que está en la frontera máxima del conocimiento”, dice el profesor Ricardo Finger, académico del Departamento de Astronomía (DAS) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile. En este espacio, es el Laboratorio de Ondas Milimétricas, donde se diseña, construye y prueba la instrumentación para su posterior uso en radioastronomía, con un enfoque en actividades académicas y de investigación tecnológica.
Entre estos instrumentos están dos componentes de alta tecnología ideados y desarrollados por un grupo heterogéneo de astrónomos, ingenieros, técnicos y estudiantes de la Universidad de Chile, para el mayor proyecto radioastronómico que existe en el mundo, ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Es un solo telescopio de diseño revolucionario, compuesto por 66 antenas de alta precisión ubicadas en el llano de Chajnantor, a 5000 metros de altitud en el norte de Chile.
Se trata de 80 lentes, uno para cada una de las 66 antenas más repuestos, y unas 30 antenas de bocina. Este hito científico tecnológico nacional ha sido posible gracias a la colaboración entre el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, por sus iniciales en inglés) y la Universidad de Chile, alianza cuyo objetivo ha sido el diseño de tecnología de ondas milimétricas para ALMA. Los componentes están siendo integrados al telescopio con miras a que sean usados en observaciones desde marzo del 2024.
“El principal salto fue creernos el cuento de decir ‘vamos a construir algo para un observatorio’, porque un observatorio es como una nave espacial, es algo que está en la frontera máxima del conocimiento, con presupuestos millonarios y donde solo trabajan los mejores institutos del mundo y son construidos por las mejores universidades del planeta. Entonces, literalmente poner un instrumento en un observatorio no es muy distinto a poner un instrumento en la Estación Espacial Internacional. Nadie se había atrevido antes”, dice el profesor Finger, quien es también investigador asociado del Centro CATA.
ALMA puede capturar ondas de radio en una alta resolución equivalente a una visión de 120000/20. Gracias a ALMA se ha podido profundizar la comprensión de numerosos fenómenos astronómicos. Para continuar en esta senda, el Director General del NAOJ es el profesor Saku Tsuneta, dice que la colaboración con Chile y su primera universidad, es esencial.
“Planeamos el futuro en base a nuestros logros pasados y hemos tenido una muy buena colaboración con la Universidad de Chile para desarrollar este componente instrumental de última generación que ya está instalado en el telescopio en el Desierto de Atacama. Y basados en este camino exitoso, planeamos una futura cooperación en el área de tecnología y también la científica, nuestro plan concreto es enviar a los postdoctorados japoneses, jóvenes científicos a la U. de Chile para trabajar con los científicos chilenos y que usen el telescopio en conjunto. Así que veo un futuro brillante en la cooperación entre nosotros y los inversionistas con Chile”, dice el profesor Tsuneta.
El profesor Finger y el laboratorio de instrumentación astronómica – ubicado en Cerro Calán- que dirige, donde se desarrollan los componentes para los telescopios, están a cargo del desarrollo del sistema óptico del receptor de la banda 1 uno de ALMA. Cada banda es como un trocito del espectro electromagnético y uno lo puede imaginar como un color, como cuando el prisma divide la luz blanca, uno puede imaginar que cada banda es un color distinto del arcoíris. O como en las radios FM antiguas, cuando uno movía una perilla y se movía una agujita en el dial y uno iba sintonizando distintas emisoras.
“Alma llegó a Chile con cuatro bandas y es un telescopio que tiene 66 antenas, cada antena tiene 10 bandas de recepción, donde uno selecciona distintas frecuencias para observar distintos fenómenos. Lo primero que hicimos fue un prototipo de la banda 1 para demostrar las capacidades de Chile como un proveedor de componentes de alta tecnología para observatorios. Chile nunca había participado en un observatorio con tecnología, hasta esta experiencia, sólo éramos usuarios. Los observatorios venían completamente en paquete desde Europa o Estados Unidos y Chile no tenía ninguna contribución del tipo tecnológica”, explica Finger.
Por su parte, el profesor Ricardo Muñoz, Director del Departamento de Astronomía, destaca la fructífera relación con Japón. “Nuestra relación con el NAOJ se remonta al año 94, en esa época empezó a trabajar Leonardo Bronfman con su contraparte japonesa para buscar sitios para ALMA. Posterior a eso, ya a principio de los 2000 surgió la posibilidad de implementar en el Observatorio Calán la instrumentación astronómica, que en general en Chile por décadas hemos sido súper buenos haciendo investigación astronómica ocupando los telescopios pero nosotros no construimos telescopios ni instrumentos para ellos. Este trabajo tuvo que ver con construir una componente especial para Alma”. El profesor agrega que “el tema es que finalmente lo que hemos construido para NAOJ ha competido y le ha ganado a lentes europeos y norteamericanos”.
Un trabajo largo de adquirir los conocimientos, las capacidades y equipar el laboratorio, entre otros. Años en los que el laboratorio cuenta con el apoyo fundamental del Centro Astrofísica y Tecnología Afines, CATA, Centro que ha hecho un aporte crítico en el financiamiento y desarrollo del mismo. “Cuando este prototipo estuvo listo, se publican los resultados, se mostraron los datos, y todo este proceso nos acercó a la comunidad de la instrumentación astronómica, a los que hacen telescopios y eso nos valió una invitación a mostrar esencialmente nuestras capacidades al consorcio que construiría la banda 1 de Alma. Y ahí ingresamos al consorcio, mostramos las capacidades y finalmente fuimos aceptados como uno más de los institutos que iban a construir la banda 1 de Alma y en particular se nos otorgó a nosotros la responsabilidad de diseñar y construir el sistema óptico”, dice el profesor Finger.
El sistema óptico son los dos primeros componentes que el receptor tiene, si es que venimos desde el cielo, por decirlo de una manera, si uno viene bajando del cielo, primero se encuentra con la antena y después de encontrarse con la antena que concentra la radiación en un punto, lo próximo que viene es un lente en el caso de la banda 1 y después viene una segunda antena pequeña que está insertada dentro del telescopio y que está enfriada a 250 grados bajo cero, que se llama antena de bocina. Y esta antena de bocina en conjunto con el lente son el sistema óptico del detector.
“El lente no es transparente, el lente es blanco, hecho de un plástico que se llama polietileno de alta densidad, porque es un lente que no está hecho para ver luz, lo que hace es colimar la radiación de microondas, esta radiación de ondas milimétricas de microondas. Entonces es un lente de radio, por ponerlo de una forma”, dice el profesor Finger.
“El lente no es transparente, el lente es blanco, hecho de un plástico que se llama polietileno de alta densidad, porque es un lente que no está hecho para ver luz, lo que hace es colimar la radiación de microondas, esta radiación de ondas milimétricas de microondas. Entonces es un lente de radio, por ponerlo de una forma”, dice el académico Finger del Departamento de Astronomía.
En tanto, el profesor Leonardo Bronfman, académico del Departamento de Astronomía (DAS) y también miembro del CATA, relata el complejo proceso que significa llegar a este nivel de ciencia. “Fueron años de trabajo porque cuando uno construye un instrumento, lo prueba y si tiene detalles, tiene que volver a simularlo y volver a reconstruir arreglando esos detalles. Entonces es una prueba-error continua hasta tener un equipo o un instrumento que cumpla las especificaciones de ALMA, que son muy estrictas”..
El profesor Bronfman agrega que “ha sido muy bueno, estamos muy contentos, primero porque demostramos que somos una institución confiable en términos de producir equipamiento de alta tecnología, porque son pocos los lugares en el mundo donde se confeccionan este tipo de instrumentos, los puedes contar con los dedos de una mano. Entonces, además de eso, nos permite acceder a nuevos tipos de colaboración con otras entidades pues las diferentes instituciones del planeta confían en lo que estamos haciendo”.
Relación U. de Chile y Japón
“Al mismo tiempo el NAOJ está interesado en que cooperemos científicamente, no solamente a nivel de instrumentación, también en poder recibir a astrónomos japoneses durante tres años en Calán para utilizar datos de ALMA para realizar investigaciones. A estas alturas después de casi 30 años de relación con el Departamento de Astronomía y la Universidad De Chile y ya unos 20 años de relación más estrecha de trabajar en instrumental astronómico, yo diría que ya se han construido las confianzas. Ellos han reconocido que están bastante contentos con la calidad técnica del trabajo que hacemos”, dice el Director del DAS.
De hecho, hace una década se realiza el Foro Académico Chile-Japón que ocurre cada dos años, una vez en Chile y otra vez en Japón. La última sesión se hizo acá en Chile en noviembre del año pasado en Puerto Varas.
La relación de la U. de Chile con el centro nacional de investigación astronómica de Japón, NAOJ, que cuenta con las instalaciones de observación más avanzadas del mundo y cuyo objetivo es promover el desarrollo de la astronomía, la astrofísica y los campos relacionados de la ciencia a nivel global, continúa con la última banda que falta por implementar en ALMA, la banda 2.
“Sí, de hecho vamos a seguir trabajando juntos, pues seguimos diseñando lentes. Ahora estamos trabajando para construir los lentes de la banda 2, que es la última que queda por ser instalada y eso está recién partiendo. Y bueno, acabamos de hacer un prototipo, que ya está en pruebas y bueno, si resulta todo bien, vamos a hacer la construcción de nuevamente 80 lentes para todas las antenas del telescopio de la banda 2”, dice el profesor Finger.
