Amanecer cósmico: ALMA, un universo nunca visto

Para presenciar el nacimiento de las estrellas haría falta un telescopio con un diámetro mayor que muchas ciudades. ¡Aquí está el ALMA!

1 / 4

1 / 4

MM8208 121127-012845. ALMA

ALMA

La luz del sol poniente baila sobre las antenas que conforman el Gran Conjunto Milimétrico / submilimétrico de Atacama (ALMA), en el desierto chileno de Atacama.

Foto: Dave Yoder

2 / 4

MM8208 121121-007676. Un telescopio en obras

Un telescopio en obras

Con la llegada de la última de las 25 antenas norteamericanas –en la imagen, rodando hacia su plataforma (abajo, a la derecha)– el telescopio terrestre más grande y caro del mundo, con un presupuesto de unos 1.000 millones de euros, está casi a punto. El proyecto conjunto de Estados Unidos, Europa y Japón podrá captar imágenes de regiones cósmicas nunca antes vistas con una nitidez sin precedentes.

Foto: Dave Yoder

3 / 4

ESO ALMA earlyscience a. Primeras pruebas

Primeras pruebas

Esta visión de dos galaxias en colisión –las galaxias Antena, a 70 millones de años luz de la Tierra– combina una imagen en luz visible (azul), captada  por el telescopio Espacial Hubble, con remolinos de gas interestelar nunca antes vistos, revelados en una imagen de prueba del telescopio ALMA.

Foto: Dave Yoder

4 / 4

MM8208 121210-032694. Una mirada al semillero de estrellas

Una mirada al semillero de estrellas

Con la familiar figura de la Gran Nube de Magallanes en el cielo (arriba, en el centro), seis de las gigantescas antenas que constituyen el gran conjunto milimétrico/submilimétrico de Atacama (ALMA) se orientan para observar el firmamento.
El ojo colosal del ALMA es capaz de penetrar en las profundidades del universo primitivo, donde hace miles de millones de años se estaban formando nuevas estrellas y galaxias.

 

Foto: Dave Yoder

16 de mayo de 2014

Una mañana de mayo dos camionetas atravesaron el municipio chileno de San Pedro, en el desierto de Atacama, y subieron la ladera de la montaña por una pista de tierra. era 1994, y los cinco ocupantes de los vehículos tenían un encargo muy peculiar: dar con el lugar más alto, seco y llano del planeta.

Llevaban una semana y media recorriendo otras localizaciones del desierto y ese día buscaban una ruta para subir al llano de Chajnantor, situado a 5.000 metros de altitud.

Como los Andes forman una barrera infranqueable para las nubes procedentes de la Amazonia, al este, y puesto que los vientos que soplan desde el Pacífico, al oeste, recogen poca humedad al pasar sobre la fría corriente de Perú (antes llamada corriente de Humboldt), el desierto de Atacama es uno de los lugares más secos de la Tierra, con una precipitación media anual inferior a 15 milímetros. La lejanía de las ciudades y el aire seco y puro del desierto, ideal para la ob­­servación del cielo nocturno, ya habían atraído grandes proyectos astronómicos multinacionales, la mayoría de ellos ideados para estudiar la fracción del cosmos visible en longitudes de onda ópticas, es decir, en la porción del espectro electromagnético perceptible para el ojo humano.

Para llevar a cabo el proyecto harían falta 20 años y más de 1.000 mi­­llones de euros en diseño y construcción

El astrónomo chileno Hernán Quintana y sus colegas buscaban un lugar donde ubicar un tipo diferente de telescopio, un instrumento diseñado para penetrar a través de las cortinas de polvo y gas que envuelven las galaxias y se arremolinan en torno a las estrellas, y que se extienden a través del espacio interestelar. Para llevar a cabo el proyecto harían falta 20 años y más de 1.000 mi­­llones de euros en diseño y construcción. Pero lo primero era dar con el lugar adecuado.

Los objetos en el universo irradian energía en diferentes longitudes de onda, según estén más o menos calientes. Las explosiones de supernova, por ejemplo, son sumamente calientes, y además de emitir una cantidad de luz visible igual a la de miles de millones de soles, despiden energéticos rayos X y rayos gamma, de longitud de onda corta, detectables mediante telescopios especializados, como el Observatorio Chandra. En el extremo frío del espectro están los cometas y asteroides, que emiten radiación infrarroja, de mayor longitud de onda que la que pueden percibir nuestros ojos y nuestros telescopios ópticos. Gran parte del universo está aún más frío. Las nubes de polvo y gas donde se forman las estrellas tienen una temperatura apenas superior al límite en el cual los átomos dejan de moverse. El nacimiento de los planetas se produce en condiciones similares, a partir de fragmentos de polvo y gas que se aglomeran dentro de remolinos neblinosos que giran alrededor de las estrellas recién nacidas.

Cuando en la década de 1960 los astrónomos intentaban observar ese «universo frío», enseguida advirtieron la dificultad de usar antenas terrestres para detectar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, más largas incluso que las in­­frarrojas. Su primer problema fue la enorme can­tidad de estática. A diferencia de la luz visible, que atraviesa la atmósfera terrestre sin demasiada interferencia, las ondas milimétricas y submilimétricas son absorbidas y distorsionadas por el vapor de agua, que emite radiaciones en la misma banda del espectro, lo que añade ruido terrestre a las ondas procedentes del espacio. Además, las ondas milimétricas y submilimétricas son mu­­cho menos energéticas que la luz visible, por lo que producen señales débiles, incluso en antenas parabólicas con superficies colectoras enormes.

La solución fue crear un conjunto formado por varias antenas situadas en un lugar donde el aire fuera muy seco, y combinar sus señales de modo que funcionaran como un solo telescopio. En la década de 1980, varios pequeños conjuntos entraron en funcionamiento en Japón, Francia y Estados Unidos. Muy pronto los avances tecnológicos permitieron desarrollar un conjunto de radiotelescopios mucho más grande, un instrumento enorme con una capacidad de resolución mucho mayor; pero para ello era preciso hallar un lugar lo bastante elevado y llano como para que la distancia entre las antenas fuera de kilómetros. Si además existía la posibilidad de mover las antenas, podría ajustarse la distancia entre ellas para cambiar la sensibilidad del telescopio y revelar más detalles. Con las antenas muy separadas, sería posible concentrar la observación en objetos muy pequeños, como un disco de polvo alrededor de una estrella. Reducir la distancia entre las antenas obraría el efecto de ampliar el campo abarcado, lo que resultaría útil para ob­­servar objetos grandes, como una galaxia. En busca de la ubicación ideal para un teles­copio de este tipo, grupos de investigadores de Europa, Japón y Estados Unidos acudieron al desierto de Atacama.

"A ninguno nos cupo la menor duda de que el lugar perfecto tenía que estar allí cerca"

Hernán Quintana, que antes de la expedición de mayo de 1994 había pasado varias semanas estudiando mapas militares del desierto, sospechaba que solo en los alrededores de San Pedro de Atacama encontrarían un lugar que cumpliera todos los requisitos. Pero no era fácil llegar. «El viaje fue lento y trabajoso porque las ruedas se atascaban en la arena constantemente», recuerda Riccardo Giovanelli, de la Universidad Cornell, quien acompañó a Quintana y a los otros integrantes de la expedición: Ángel Otárola, del Observatorio Europeo Austral (ESO), y Paul Vanden Bout y Robert Brown, del Observatorio Nacional de Radioastronomía de Estados Unidos (NRAO). Tras dejar atrás San Pedro, la camioneta de Vanden Bout y Otárola se averió, pero los otros tres llegaron al paso de Jama.

«El cielo era maravilloso, de un azul profundo que colmaba todas nuestras expectativas», dice Giovanelli. Uno de los astrónomos había llevado un instrumento para medir el vapor de agua. Nadie en el grupo había visto antes un volumen de vapor en el aire tan bajo. «A ninguno nos cupo la menor duda de que el lugar perfecto tenía que estar allí cerca», prosigue Giovanelli. Poco después, en una segunda expedición, Brown encontró la que sería la ubicación definitiva: un vasto llano al pie del cerro Chajnantor.

Pronto quedó claro para los tres grupos internacionales que, si unían fuerzas, podrían construir un conjunto mucho más potente que el que conseguirían cada uno por separado. En 1999 la National Science Foundation y el ESO firmaron un convenio de cooperación y fijaron un plan para contribuir cada uno con 32 antenas de 12 metros de diámetro. Los japoneses, por su parte, se comprometieron a instalar 16 antenas más, en un conjunto complementario.

Comenzó así un esfuerzo que ha durado casi dos décadas para transformar uno de los parajes más solitarios del mundo en un observatorio mo­­derno rebosante de actividad. Hubo que localizar y detonar de forma controlada las minas que el ejército chileno había colocado decenios antes para prevenir incursiones bolivianas. Convencer a una empresa petrolera para que modificara el trazado de un oleoducto que tenía previsto instalar en la zona. Y rediseñar los prototipos de las antenas tras una prueba inicial en Nuevo México. Los costes se multiplicaron. Hubo desacuerdos y conflictos, pero se resolvieron. El NRAO y el ESO no lograron ponerse de acuerdo en un único modelo de antena, en parte porque ambos querían favorecer a los fabricantes de sus respectivos territorios, y al final se decidieron por dos modelos y dos proveedores diferentes para fabricar las antenas que les correspondían, cuyo número se redujo a 25 por cada agencia.

También hubo que dotar de más medios al pequeño municipio de San Pedro, que por entonces solo tenía dos líneas telefónicas y una gasolinera. «Tuvimos que crear una pequeña ciudad en la ladera del monte en medio de la nada», dice Al Wootten, del NRAO, principal científico estadounidense involucrado en el proyecto.

La primera antena, de casi cien toneladas de peso, llegó de Estados Unidos al puerto chileno de Antofagasta en abril de 2007. Montada en un camión y escoltada por un convoy de vehículos policiales, subió por la falda de la montaña en un avance interrumpido ocasionalmente por rebaños de llamas que cruzaban la carretera.

A lo largo de los cinco años siguientes continuaron llegando las antenas. La configuración para que funcionaran colectivamente como un único telescopio requirió una precisión extrema, pues era necesario que todas se movieran al unísono y apuntaran al mismo punto del cielo con menos de un segundo y medio de diferencia. Para combinar sus señales de un modo coheren­te fue preciso instalar in situ un superordenador capaz de ajustar con un margen de error inferior al grosor de un cabello humano las distancias recorridas por las señales desde las antenas hasta el centro de procesamiento, y de compensar al mismo tiempo la expansión y contracción del cable de transmisión a causa de la fluctuación de las temperaturas.

Ahora, en una luminosa mañana de abril, la tierra parda aparece jalonada de blancas antenas parabólicas que parecen diminutas sobre el telón de fondo de un ilimitado cielo azul. De cerca, cada una de ellas, de 12 metros, se yergue como una torre sobre el llano, con la superficie colectora centelleando al sol. Operadas a distancia desde el campamento base, rotan con elegancia al unísono con solo pulsar un botón, como si fueran ligeras como una pluma. Dos colosales vehículos de transporte de 28 ruedas, apodados Otto y Lore, están listos para desplazarlas a nuevas ubicaciones en el llano cuando sea necesario.

Desde la inauguración del ALMA ha habido un flujo constante de descubrimientos.

En el momento de su inauguración oficial, en marzo de 2013, el ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array o en castellano, Gran Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama, ya había empezado a responder a las expectativas. Un año antes, con solo 16 antenas operativas, el grupo de investigadores encabezado por Joaquin Vieira, del Caltech, había localizado núcleos de formación de estrellas en 26 galaxias distantes gracias al ALMA. Les sorprendió comprobar que esas galaxias estaban por término medio a 11.700 millones de años luz, lo que significaba que ya producían estrellas a buen ritmo cuando el universo tenía apenas 2.000 millones de años. Hasta entonces se creía que esa producción frenética de estrellas solo podía haber comenzado 1.000 millones de años más tarde, como mínimo.

Desde la inauguración del ALMA ha habido un flujo constante de descubrimientos. En julio de 2013 los astrónomos anunciaron que las ob­­servaciones realizadas con el telescopio habían contribuido a la posible resolución de un viejo enigma: la razón de la escasez de galaxias masivas en el universo. Las imágenes de alta resolución de la galaxia del Escultor captadas por el ALMA mostraban densas nubes frías de gas que se proyectaban hacia el exterior desde el centro del disco galáctico. Los científicos concluyeron que los vientos generados por las estrellas recién nacidas arrastraban y expulsaban el gas, lo que determinaría una disminución considerable del material necesario para la formación de nuevas estrellas, y a su vez sería un impedimento para el ulterior crecimiento de la galaxia. Si se confirma en otras galaxias, este fenómeno podría ser la explicación del misterio.

Fiel a sus promesas, el ALMA también está contribuyendo a la comprensión de la formación de los planetas. El año pasado los astrónomos anunciaron que el ALMA había captado imágenes de un disco de polvo en torno a una estrella joven: un semillero de planetas. Las imágenes revelaban un lugar, dentro del disco, aparentemente favorable para la acumulación del polvo: una región resguardada donde los pequeños granos de polvo podían unirse entre sí, poco a poco, grano a grano, hasta alcanzar un tamaño suficiente para formar el núcleo de un planeta. Ha sido la primera vez que se ha vislumbrado el inicio de un proceso de formación de planetas.

Estas observaciones no han hecho más que empezar. Cuando a finales de este año todas las antenas estén alineadas, el ALMA podrá captar detalles aún más sutiles de las galaxias y los sistemas estelares. En una árida altiplanicie a pocos kilómetros de un lugar donde hasta hace poco se refugiaban los pastores, nuestros ojos se abrirán para descubrir un universo nunca visto.