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El Futuro de la Radioastronomía Karl Jansky:1932 ALMA: 2012 Luis F. Rodríguez Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM Campus Morelia

El Futuro de la Radioastronomía Temas: Un poco de historia y antecedentes La radioastronomía y la astronomía multifrecuencia. La astronomía multimensajero El futuro de la radioastronomía en México y en el mundo

Hasta entonces, el cielo había sido observado solamente a simple vista, aunque ya usando tubos y sextantes de gran tamaño. La idea de Galileo de estudiar el cielo con el telescopio le permitiría ver detalles y estructuras que nadie había percibido antes.

Este año recordamos que en 1609 Galileo fue el primero en utilizar el telescopio para estudiar la luz proveniente de los astros.. Aprovechando su contacto con artesanos de la región, Galileo construyó su primer telescopio, con solo un aumento de 3, pero lo fue mejorando hasta alcanzar un aumento de 30. Los descubrimientos se fueron sucediendo vertiginosamente conforme sus telescopios mejoraban.

James Clerk Maxwell (1831-1879), físico escocés que descubre que la luz es sólo parte de un fenómeno más amplio: la radiación electromagnética.

La radiación electromagnética está formada por ondas de una longitud característica

Para las ondas electromagnéticas: = longitud de onda = frecuencia c = velocidad de la luz Se utiliza frecuencia y longitud de onda de manera indistinta.

Infrarrojo Ultravioleta

Rayos g Rayos X UV Visible Infrarrojo Radio

Las predicciones de Maxwell son comprobadas por Heinrich Hertz, quien en 1888 logra producir y detectar ondas de radio

Karl Jansky c. 1932

Grote Reber (1911-2002) W9GFZ

Mapas de contornos de Reber

Un radiotelescopio moderno

¿Porqué estudiar otras ondas (además de las visibles) del espectro electromagnético?

¿Porqué estudiar otras ondas (además de las visibles) del espectro electromagnético? Porqué hay objetos que solo emiten uno de los tipos de onda. Aún los que emiten luz y otro tipo de onda, se pueden ver muy distintos, por ejemplo, en ondas de radio…

RADIO

VISIBLE

Grandes descubrimientos A través de los años, se han entregado cuatro Premios Nobel de Física a radioastrónomos y, desde un cierto punto de vista, uno podría pensar que estas son las más grandes aportaciones.

1974: Antony Hewish y Martin Ryle Descubrimiento de los pulsares Técnica de la síntesis de apertura 1993: Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor Jr. Descubrimiento del pulsar binario

1978: Robert W. Wilson y Arno Penzias Descubrimiento de la radiación cósmica de fondo 2006: John Mather y George Smoot Descubrimiento de la forma de cuerpo negro y de la anisotropía de la radiación cósmica de fondo

Sin embargo… Sería un error juzgar a la radioastronomía (o a cualquier otra rama de la astronomía) sólo por el número de Premios Nobel de Física recibidos. La Astronomía tiene sus propias metas y prioridades que son claves para la astronomía y no necesariamente importantes para la Física (por ejemplo, el descubrimiento de planetas alrededor de otras estrellas en 1995).

Clases de radiotelescopios Básicamente, los radiotelescopios vienen en dos variedades: antenas solas o interferómetros

Antena sola

Ventajas de una Antena Sola Relativamente sencilla Puede utilizar amplificadores relativamente sencillos (los llamados bolómetros)

Trayecto señal:

Resolución Angular = Longitud de Onda/Diámetro del Plato ¡La resolución angular de un radiotelescopio sólo es modesta, comparable a la del ojo humano! ¿Cómo mejorar esto?

Interferómetro Very Large Array

Ventajas de un interferómetro Mayor resolución angular Producen imágenes de millones de pixeles Sustituyen al acero con la electrónica Obtienen posiciones de enorme precisión

Emisión sincrotrónica Electrones de muy alta velocidad (relativistas) en un campo magnético emiten la llamada radiación sincrotrónica que generalmente sólo se puede “ver” (o sea detectar) en la ventana de radio. Es la radiación que detectaron Jansky y Reber, proveniente del plano de la Galaxia.

Radiación sincrotrónica

Radiogalaxia Fornax A Radio

Expansión Supernovas en Otras Galaxias

Emisión de polvo caliente El “polvo” existente en distintos objetos cósmicos emite radiación que se puede “ver” (o sea detectar) en la ventana de radio. Sirve, por ejemplo, para ver los discos alrededor de las estrellas en formación.

Paradigma actual de la formación estelar

Emisión del polvo de un disco que formará planetas

¿Disco compacto?

¿Cuál es en realidad el mayor logro de la radioastronomía? Más allá de las contribuciones científicas específicas, la radioastronomía convenció a la comunidad astronómica de que valía la pena observar al Universo afuera de los límites de la ventana visible…

La Astronomía Multifrecuencia

Luz, ondas de radio, rayos X… En cierto modo lo mismo (todas obedecen las leyes de Maxwell)… Pero también diferentes. Así como con la luz se pueden hacer imágenes, espectroscopía, etc., lo mismo es válido para las otras ventanas, sólo que hay que tener los aparatos adecuados.

¿Cómo podemos estudiar los astrónomos al resto del lejano Universo? Luz y las otras Formas de la Radiación Electromagnética Neutrinos Rayos Cósmicos Ondas Gravitacionales Ahora se habla de una astronomía multifrecuencia, sino de una astronomía multimensajero… ,

Rayos cósmicos

Neutrinos

Ondas gravitacionales Astronomía Multimensajero

La Radioastronomía en México Alrededor de 12 observadores y 6 teóricos (hay sólo como 150 astrónomos profesionales trabajando en México). Hasta ahora, todas las observaciones se han hecho en observatorios de otros países que están “abiertos” a usuarios externos. Hay dos grandes proyectos en desarrollo: Gran Telescopio Milimétrico (INAOE) Colaboración con el EVLA y ALMA (UNAM)

Gran Telescopio Milimétrico o Large Millimeter Telescope: un proyecto del INAOE y la U. de Massachusetts

Atacama Large Millimeter Array = ALMA

Atacama Large Millimeter Array Ubicado en Chajnantor, Chile en el desierto de Atacama a 5,000 metros de elevación. 64 antenas de 12 metros de diámetro cada una, más arreglo japonés. Financiamiento de EUA (350 M$), Europa (350 M$), y Japón (300 M$). Los astrónomos de México tendrán acceso competitivo a ALMA gracias a un proyecto de CONACyT (Campos Nuevos).

El objetivo principal de ALMA será ayudar a entender el Universo Frío: la formación de galaxias en el pasado y la formación de estrellas y planetas en el pasado y en el presente. Los procesos de formación pueden entenderse mejor en las ondas milimétricas y submilimétricas. ALMA será extremadamente versátil y podrá atacar una gran variedad de problemas astronómicos. Se esperan primeros resultados alrededor de 2010 y funcionamiento completo en 2012.

Conclusiones La radioastronomía tiene un futuro prometedor en nuestro país. Después de la radioastronomía comienza a haber en México astrónomos trabajando en la astronomía de rayos X y rayos gama, así como en rayos cósmicos, neutrinos, y ondas gravitacionales. México trata de mantener una actividad moderna y relevante en el mundo cada vez más competitivo de la astronomía en particular y la ciencia en general.

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La Ventana de Radio Va de longitudes de onda desde 20 m a 0.3 mm (¡un factor de casi 10,000!). En contraste, la ventana óptica va de 0.8 a 0.4 mm (un factor de sólo 2). => Uno no puede observar toda la ventana de radio con el mismo tipo de radiotelescopio.

¿Y si queremos mayor resolución angular?

Interferometría de Base Muy Larga Se puede obtener aún más resolución angular con esta técnica, 0.0001”. Esto porque la resolución angular de un interferómetro va como (longitud de onda)/(separación máxima). No siempre es aplicable, la fuente tiene que ser muy compacta e intensa (procesos de emisión no-térmicos). Con esta técnica se pueden medir muchos efectos sutiles, como la paralaje.