Los astrónomos enfocan los ojos de los robots en la Vía Láctea, nuestro hogar cósmico

Gracias a una asombrosa innovación robótica, una colaboración internacional que involucra a la Universidad de Toronto ha desarrollado Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto de investigación de 20 años que ha estado investigando la estructura y evolución de nuestro hogar cósmico, la Vía Láctea, el como es la galaxia.

Un nuevo sistema de plano focal (FPS) se encuentra en el corazón de la quinta fase del proyecto, denominada SDSS-V. El sistema reemplaza un enfoque práctico y lento para realizar observaciones simultáneas de cientos de estrellas que requería que los astrónomos conectaran manualmente cientos de fibras ópticas en agujeros perforados en una placa de metal en el plano focal del telescopio.

Con esta nueva innovación, las 500 unidades de posicionamiento automatizado del sistema reemplazan las manos humanas y maniobran con precisión las fibras ópticas en su lugar en el plano focal del telescopio para que cada una pueda captar la luz de una estrella específica dentro de la región objetivo.

«Pasamos de recolectar unos pocos miles de espectros cada noche a aproximadamente 15 000», dice Juna Kollmeier, directora de SDSS-V, fase 5 de SDSS y directora del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA).

«Es un cambio fascinante en la forma en que trabajamos que no solo nos permitirá escanear más objetos, sino también examinar estos sistemas a lo largo del tiempo, en escalas de tiempo a las que antes no podíamos acceder. Esto desbloquea una gran cantidad de nueva ciencia».

Además de Kollmeier, otros astrónomos de la U of T que participan en SDSS-V incluyen al profesor asociado Joe Bovey, la profesora asociada Maria Drutt y el profesor asociado Ting Lee, todos del Departamento de Astronomía y Astrofísica David A. Dunlap en la Facultad de Artes y Ciencias. — y Ted McRaith, becario posdoctoral Banting-Dunlap-CITA.

El desarrollo del nuevo FPS robótico fue un esfuerzo de cinco años por parte de un equipo internacional, incluido el Laboratorio de Ciencias de Imágenes de la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad de Washington, la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y los Observatorios Carnegie en Pasadena.

Los equipos de diseño han superado muchos de los desafíos planteados por la pandemia global mediante el desarrollo y la construcción de componentes donde están ubicados, algunos en sus garajes y patios traseros, y enviándolos a otro lugar para su posterior ensamblaje. Los robots se fabrican en Suiza y se integran en las principales unidades mecánicas de Columbus, Ohio.

Las etapas anteriores de SDSS observaron millones de estrellas en nuestra galaxia natal utilizando espectrómetros, instrumentos capaces de medir la luz de las estrellas en diferentes longitudes de onda. Los espectros resultantes revelan una gran cantidad de información sobre las estrellas: su edad, temperatura, composición química, movimiento y más.

Hay dos tipos de unidades FPS. Uno trabaja en el telescopio de 2,5 metros de la Fundación Sloan en el Observatorio Apache Point (APO) en Nuevo México. Una segunda unidad está en construcción y, cuando esté completa, operará en un telescopio en el Observatorio Las Campanas en el norte de Chile. (En el Observatorio Las Campanas en 1987, el astrónomo de la UT Ian Shelton fue uno de los observadores que vio por primera vez la Supernova 1987A, una estrella en explosión en la galaxia compañera de la Vía Láctea, la Gran Nube de Magallanes).

FPS habilitará dos de los tres programas de ciencia básica en SDSS-V: el diagrama de la Vía Láctea (MWM) y el Agujero Negro (BHM). Juntos, estos proyectos reunirán datos de millones de objetos dispersos por el cielo, desde estrellas en el patio trasero de nuestra galaxia hasta agujeros negros supermasivos inimaginablemente lejanos.

MWM estudiará nuestra galaxia natal con un detalle sin precedentes. Aprovechará nuestra perspectiva única dentro de la Vía Láctea para crear un mapa de alta resolución de las estrellas de la galaxia y cómo se mueven.

El MWM también medirá las masas, las edades, las composiciones químicas, la presencia de compañeras y una serie de otras propiedades de grandes muestras de estrellas de todo tipo, incluidas estrellas masivas calientes, estrellas en formación y enanas blancas que son restos muertos de estrellas. como nuestro Sol. También se enfocará en decenas de miles de sistemas planetarios y de múltiples estrellas para comprender con qué frecuencia se forman los sistemas de múltiples compañeros y qué determina cómo se estructuran.

Mirando más allá, BHM estudiará los cuásares, que se encuentran entre los objetos más luminosos del universo. Alimentados por el material que fluye hacia los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, los cuásares pueden usarse como balizas para rastrear el crecimiento de estos titanes a través del tiempo cósmico. SDSS-V recopilará datos de más de 300 000 cuásares para medir las masas de sus agujeros negros, comprender la física de cómo engullen materia y seguir su crecimiento durante varios miles de millones de años.

Estas amplias muestras de tipos de objetivos sorprendentemente diferentes (millones de estrellas en la Vía Láctea, cientos de miles de cuásares distantes) se encuentran entre los aspectos clave que distinguen a SDSS-V de otras encuestas y están habilitados por el nuevo sistema FPS.

“Este proyecto ha sido realmente colaborativo, incorporando contribuciones de científicos en más de 50 instituciones de todo el mundo”, dice Kollmeier.

“Estamos encantados de haber alcanzado este avance tecnológico a pesar de estar en medio de una pandemia global y complacidos de ser testigos de cómo esta transformación hará avanzar el trabajo del proyecto”.