Cinco años mirando el universo con el alma

Sergio Martín pasó todos sus años como estudiante de Física en la Universidad Complutense de Madrid, y después, durante su doctorado, escuchando hablar de un radiotelescopio todavía en proyecto, y más tarde en construcción, que iba a revolucionar todo lo que se sabía sobre el universo: ALMA.

Ahora, el astrónomo español vive como un sueño personal trabajar en las instalaciones de este radiotelescopio único especializado en un tipo de luz invisible a nuestros ojos. A diferencia de los instrumentos ópticos, como el Gran Telescopio Canarias o muchos otros en Chile, que detectan lo visible y no pueden operar si hay nubes, ALMA –siglas de Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array– funciona de noche y de día; y solo se ve restringido por la presencia de vapor de agua.

Por esa razón mira el universo desde las alturas del desierto más seco del mundo: el de Atacama, al norte de Chile. Está colocado por encima de casi la mitad de la atmósfera en el llano de Chajnantor. A 5.000 metros de altitud, deja por debajo el 95% de la humedad, de la que huye porque absorbe la radiación que rastrea.

Sus 66 antenas de radio ultraprecisas, de 7 y 12 metros de diámetro, pueden desplazarse por el desierto hasta 16 kilómetros de distancia, y están interconectadas para operar al unísono como un solo telescopio gigante.

Gracias a ellas, ALMA es capaz de detectar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, hasta mil veces más largas que la luz visible. Esa luz que se encuentra más allá del infrarrojo, en el ámbito de las microondas, ofrece imágenes del universo muy distintas que las que estábamos acostumbrados a ver.

“ALMA ha producido descubrimientos notables en casi todos los ámbitos de la astrofísica, desde los secretos de nuestro sistema solar hasta la localización más precisa de Plutón para ayudar a la sonda New Horizons; y avances revolucionarios en la formación de estrellas con una sensibilidad, resolución y detalle jamás antes alcanzados”, señala Martín a Sinc.

Para este astrofísico, el radiotelescopio, que es una asociación internacional entre Europa, Norteamérica y Asia del Este en colaboración con la República de Chile, supone una revolución de varios órdenes de magnitud. Antes solo se podía estudiar en profundidad la formación de estrellas en nuestra galaxia. “ALMA también permite hacerlo en galaxias cercanas, ofreciendo imágenes sin igual del universo temprano y de aquellas primeras galaxias que se formaron poco después del Big Bang”, continúa.

De hecho, en el rango de frecuencias que observa ALMA, puede detectar nubes de gases y polvo, incubadoras de estrellas y elementos muy fríos. Además, permite indagar sobre la formación de galaxias que se halla en el origen de nuestro mundo.

“En un telescopio óptico observamos las galaxias y estrellas ya formadas, pero cuando nos movemos hacia el infrarrojo empezamos a observar las regiones donde se están formando estrellas”, explica Martín. “Es como diagnosticar la salud de una persona: podemos hacerlo a simple vista, usar rayos X si queremos ver si tiene un hueso roto, o analizar su sangre si queremos encontrar indicadores químicos”, señala.

¿Cómo ha revolucionado ALMA nuestro conocimiento?

Uno de los mayores hitos científicos de ALMA en sus primeros cinco años de vida ha sido dar al traste con uno de los modelos teóricos más asentados para la formación de discos protoplanetarios. Lo hizo con una imagen de HL Tauri, una estrella similar a nuestro Sol, de un millón de años de edad y situada a 450 millones de años luz de nosotros, en la constelación de Tauro.

“Es un objeto relativamente joven que presentaba trazas de planetas en formación. Nadie esperaba encontrar algo así en un objeto tan joven y eso sorprendió a los teóricos. Además, plantea un interrogante porque no se sabe si las trazas van a dar lugar a la formación de planetas o si ya hay planetas formados que han generado esas trazas”, explica Itziar de Gregorio Monsalvo, jefa de proyectos de ALMA desde 2006, también española.

“En el estudio de discos protoplanetarios ahora mismo estamos viviendo la transformación de todos los modelos. Es un cambio de paradigma porque los datos no se ajustan a ninguno de los modelos teóricos que existían”, señala.

Pero el proyecto más interesante que se plantea en los próximos años tiene como objeto de estudio el agujero negro que se encuentra en el centro de la Vía Láctea. Se trata de la colaboración VLBI (siglas de ‘interferometría de base muy grande’), que combinará la información recopilada por ALMA con telescopios del mismo rango en todo el mundo.

“Las observaciones se hacen por interferometría y luego se combina toda la información recabada para simular un telescopio del tamaño de la Tierra”, explica Martín. ALMA, en su configuración más extendida, puede llegar a 16 kilómetros; pero de esta manera la línea basal sería de 10.000 kilómetros, suficiente para detectar una pelota de golf en la superficie de la Luna.

Múltiples gafas para mirar el universo

Pero ¿cómo se complementa ALMA con otros grandes telescopios que ya existen o están en construcción?

Los colores de la luz que pueden detectar nuestros ojos son un pequeño rango del espectro electromagnético de frecuencias. Nosotros solo vemos el rango que va del rojo al violeta. Por encima del violeta están los rayos ultravioleta, los X y los gamma. Por debajo del rojo, los infrarrojos, las microondas y las ondas de radio.

En el mundo hay observatorios específicos para cada tipo de frecuencias, como gafas gigantes cuyas lentes nos permiten mirar distintos matices del universo. “Cada uno de los telescopios observa cosas diferentes. Para detectar radioondas se construirá el Square Kilometer Array (SKA) en dos sedes: Australia y Sudáfrica. Para ver en el infrarrojo, ahora tenemos en órbita el telescopio espacial Hubble y dentro de unos años su sustituto James Webb mejorará sus capacidades”, señala.

Para muchos, la observación terrestre ha llegado a límites insospechados hace unos años, ofreciendo imágenes de gran calidad con respecto a los telescopios espaciales, considerados antes como la única alternativa. Sin embargo, la atmósfera bloquea la recepción de ciertos rayos, lo que siempre hará necesario los telescopios espaciales.

Estamos pasando de la época de los telescopios a la era de los megaobservatorios. En cada uno de los campos se están construyendo nuevos proyectos que llevan al límite la capacidad de observación en cada rango. ALMA, por ejemplo, ha dado un salto de dos órdenes de magnitud frente a cualquier instrumento anterior”, señala Martín.

Uno de los retos del ALMA era acercar el impenetrable campo de la radioastronomía a una comunidad más amplia de científicos, como indica Xavier Prochaska, profesor de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de California Santa Cruz, EE UU. “Mi investigación anterior se basaba en telescopios ópticos, pero ahora estoy usando los datos de ALMA para estudiar el gas en el universo distante. El poder transformador de ALMA va a tener un gran impacto en mi trabajo”, explica a Sinc. “Ha tenido un coste muy alto, de más de 1.000 millones de euros, pero ha sido un triunfo”, afirma.

Y el futuro anuncia más éxitos. A medida que las complejas labores de manutención de ALMA se aceleran y la máquina se engrasa, las horas que se cederán a la investigación internacional pasarán en los próximos años de 3.000 a 7.000, con la posibilidad de albergar proyectos largos, de más de 50 horas de duración, según ha anunciado recientemente el director del organismo, Pierre Cox.

“La revolución de ALMA ha sido impresionante. Jamás un observatorio cambió tanto en tan poco tiempo el conocimiento que teníamos del universo”, asegura Ismael Pérez Fournon, profesor del Instituto de Astrofísica de Canarias, que ha colaborado en proyectos del telescopio chileno. “Y esto no ha hecho nada más que empezar”, añade.

SINC