Academia Astronomía Reportaje

UNAM desarrolla instrumento para obtener imágenes espaciales más nítidas y más lejanas

Hugo Maguey / Emmanuel Medina / Gab Vázquez

FRIDA, instrumento desarrollado en la UNAM, se instalará en 2023 en el Gran Telescopio Canarias (GTC), el telescopio óptico infrarrojo más grande del mundo, que le permitirá obtener imágenes de mayor nitidez. Su tecnología es similar a la que utiliza el James Webb de la NASA, por lo que se espera que pueda observar objetos muy lejanos y con gran precisión.

FRIDA (inFRared Imager and Dissector for Adaptive optics) permite hacer imagen y espectroscopía integral de campo en un sólo instrumento en el infrarrojo cercano, según explica Beatriz Sánchez y Sánchez, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM y responsable técnica y gerente del proyecto FRIDA, en el que también colaboran científicos españoles y estadunidenses.

La experta comenta que “FRIDA es un instrumento que recibirá el haz corregido del Gran Telescopio Canarias mediante técnicas de óptica adaptativa, que corrige –aunque no al cien por ciento– la turbulencia que produce la atmósfera y entrega la imagen más nítida posible, por lo que tendrá una gran resolución espacial y espectral, similar a la de un instrumento colocado en el espacio. Dado que trabaja al límite de difracción y en el infrarrojo cercano, será capaz de ver objetos fríos en el universo. Esto requiere que el instrumento esté contenido en un gran criostato que opera a un alto vacío y muy bajas temperaturas, inferiores a -150 grados centígrados”.

El GTC recolectará una gran cantidad de luz porque tiene un espejo primario de 10.4 metros de diámetro. Se trata del telescopio más grande en este momento en base tierra. Gracias a esas dimensiones y con el sistema de óptica adaptativa, FRIDA producirá imágenes con muy alta resolución espacial. “De esa manera, podrán tomarse imágenes directas de objetos que están muy cercanos y, además, hacer espectroscopía integral de campo de alta resolución espectral, necesaria para saber en qué longitudes de onda emiten”, apunta Beatriz Sánchez.

Operación al alto vacío y a muy bajas temperaturas

Los elementos que conforman al instrumento FRIDA son un parteaguas en la manufactura en México, pues sus criostatos de grandes dimensiones, a decir de Sánchez y Sánchez, nunca habían sido fabricados en el país. “También cuenta con ruedas de varios filtros que podrán cambiarse para observar las longitudes de onda deseadas, así como con una rueda de cámaras que permite cuatro escalas de resolución de imagen. Para la espectroscopía, se tiene una unidad de campo integral con rebanador de imágenes y un carrusel con rejillas de difracción para obtener una alta resolución espectral. Todo esto tiene que moverse con una altísima precisión y repetibilidad de posicionado. Esa demanda de precisión en los movimientos en sistemas criogénicos es algo que no se había desarrollado en México”.

La doctora en Astrofísica resume que “se trata, pues, de subsistemas muy complejos con componentes ópticos y mecánicos que trabajan conjuntamente, que se fabrican y ensamblan a temperatura ambiente, se alinean sobre un banco óptico y tendrán que operar a alto vacío y a muy bajas temperaturas”.

¿Cuáles serán sus aportes?

¿Qué aporta FRIDA a la astronomía mundial? Sánchez y Sánchez enfatiza: “El que el instrumento esté en un telescopio de 10.4 metros de diámetro permitirá una mayor captación de luz, para poder observar objetos mucho más lejanos. Contar con el sistema de óptica adaptativa y capacidades de FRIDA posibilitará mejorar nuestro conocimiento sobre la evolución de las galaxias, el comportamiento de los hoyos negros, las formaciones estelares. También podrán observarse nubes moleculares, entre otros objetos. En suma, las capacidades de FRIDA permitirán abordar una nueva y amplia gama de objetivos científicos”.

Debe señalarse que el Instituto de Astronomía ha colaborado con el Instituto de Astrofísica de Canarias desde hace mucho tiempo. “Cuando ellos empezaron el desarrollo del GTC –comenta Beatriz Sánchez– se nos invitó a ser socios y a colaborar en la construcción del GTC, en programas científicos y en el desarrollo de instrumentos. Nuestros grupos de instrumentación contaban con experiencia en la creación de instrumentos para nuestros observatorios, así que nos invitaron a colaborar desde hace más de dos décadas. De hecho, FRIDA es el tercer instrumento que genera nuestro grupo para el GTC.

La participación del IA en el desarrollo de los instrumentos mencionados, incluyendo a FRIDA cuando esté terminado en 2023, ha permitido que los astrofísicos de dicha instancia universitaria y de México cuenten con tiempo de observación en el GTC.

Por su parte, José Franco, también del Instituto de Astronomía, señala que “FRIDA es un instrumento con características que lo vuelven único”.

Para el especialista, la diferencia de FRIDA con los otros instrumentos es que la turbulencia de la atmósfera de la Tierra distorsiona la imagen de los objetos celestes. “Dicha turbulencia se origina por diferencias en densidad, temperatura y velocidad de las partículas que hay en la atmósfera, de tal forma que cuando vemos las estrellas parecen parpadear. Éste no es un efecto intrínseco de las estrellas, sino uno producido por la atmósfera que termina generando imágenes borrosas de los objetos del cosmos. FRIDA estará asociado a otro instrumento, un corrector de la turbulencia, o sea, un corrector de imágenes, el cual apenas se está implementando en el Gran Telescopio Canarias. Lo que hará este primer instrumento es utilizar un rayo láser para excitar las partículas que están en la parte alta de la atmósfera para que radien y generen una estrella artificial. Ésta, que será suficientemente brillante, se utilizará para saber cómo está la turbulencia en las diferentes capas atmosféricas. Y con esta información se puede deformar el espejo secundario del telescopio para que se compense la que viene de la atmósfera”.

Haciendo un símil, es parecido a los audífonos que cancelan ruido. Estos tienen un sensor que mide el ruido y electrónicamente generan la señal opuesta. Así que electrónicamente se produce la forma contraria al ruido, un “antirruido”, de tal manera que cuando se suman se elimina el ruido producido por el medio ambiente.

Franco explica: “En el caso de la imagen, se hace exactamente lo mismo. Se mide la deformación que tiene la onda de luz que llega al espejo principal del telescopio y electrónicamente se genera una deformación en el espejo secundario, justamente la contraria a la que viene en el haz de luz, de tal manera que se logra una magnífica corrección. Esto es justamente lo que hace este corrector de turbulencia. Para utilizar con eficiencia ese haz corregido, se necesitan instrumentos muy sensibles que puedan extraer la mayor información de ese haz corregido. FRIDA será el primer instrumento que hará uso del haz corregido y obtener tanto imágenes muy nítidas así como los espectros de los objetos del cosmos. Se trata de un instrumento muy complejo. Llevamos cerca de 10 años desarrollándolo y el Instituto de Astronomía ha estado liderando ese proyecto desde el inicio”.

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