Preparándonos para la película del Universo más grande de la historia
En lo alto de Cerro Pachón, en el norte de Chile, está a punto de finalizar la construcción del Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE, que financia la Fundación Nacional de Ciencias (NSF, por sus siglas en inglés) y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés). En el corazón de esta instalación, hace poco ocurrió un hito crucial en la aventura científica del proyecto: Tras más de 20 años de meticulosa investigación y desarrollo, y semanas de pruebas, la Cámara LSST fue instalada con éxito en el Telescopio de Investigación Simonyi.
Los equipos dan un suspiro de alivio general. ¿La razón? La cámara digital más grande del mundo, construida en el Laboratorio Nacional del Acelerador (SLAC) del DOE, por fin está instalada, y ya se siente la emoción por comenzar a capturar las primeras imágenes para la Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la posteridad (LSST, por sus siglas en inglés). Esto significa que el rodaje de la película astronómica más grande de la historia está a punto de comenzar. Bueno, casi.
Poner en marcha una cámara tan sofisticada es mucho más complicado que pulsar un simple botón de encendido/apagado. Producir la película astronómica más grande de la historia requiere tiempo, paciencia y un compromiso con la precisión. Cada detalle debe ser verificado dos veces, y cada sistema debe cumplir con sus especificaciones exactas antes de entrar en acción.
En el telescopio, el equipo de la cámara sigue trabajando arduamente para asegurarse de que todo esté listo para su misión. Este esfuerzo se realiza en colaboración con un gran equipo humano de especialistas en observación que manejan el telescopio y científicos de puesta en servicio encargados de garantizar que los instrumentos estén instalados y calibrados de forma correcta.
A diferencia de las etapas anteriores de construcción, los miembros del equipo de la cámara trabajan ahora a cinco metros (16,4 pies) del suelo, sujetos con arnés de seguridad a una pequeña plataforma que soporta hasta 125 kilogramos (275 libras). Cada movimiento está limitado por la rotación de la cámara y los espejos del telescopio, que se encuentran a unos pocos centímetros de distancia. Lo que podría parecer una simple conexión de manguera se convierte en un desafío completamente nuevo en estas condiciones.
La Cámara LSST está a punto de pasar por una serie de pasos críticos. El primero consiste en crear un vacío dentro del criostato, un recipiente —situado en el centro de la cámara— diseñado para mantener temperaturas extremadamente bajas. El criostato alberga los complejos sistemas electrónicos de la cámara y un mosaico de 189 sensores científicos de dispositivos de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés). Estos sensores están diseñados para capturar imágenes del cielo nocturno con una precisión excepcional, y cada imagen contiene 3.200 megapíxeles.
Mientras conecta el sistema de vacío con las manos dentro de la cámara, el Científico de Operaciones de la Cámara y Científico de SLAC, Stuart Marshall, explica que “el vacío es crucial para aislar los componentes electrónicos de la cámara de los cambios de temperatura. Una vez que aseguremos un vacío estable, activaremos el sistema de refrigeración que enfriará el criostato a temperaturas muy bajas”. Durante su operación, los componentes electrónicos generan alrededor de un kilowatt de calor, que equivale aproximadamente a la potencia de un pequeño calefactor eléctrico. Este calor debe ser eliminado de la cámara de vacío para evitar el sobrecalentamiento: “Queremos que los componentes electrónicos de la cámara estén entre –20 °C y –5 °C (–4 °F y 23 °F) para mantener una temperatura de operación segura. Así que tenemos que sacar ese calor. Y lo hacemos bombeando un fluido a –50 °C (–58 °F) a través del sistema de refrigeración”, agregó Marshall.
Mientras tanto, los sensores CCD deben enfriarse a –100 °C (–148 °F). Esta temperatura garantiza un rendimiento óptimo y ayuda a evitar que el calor no deseado interfiera con los sensibles componentes electrónicos y degrade la calidad de las imágenes. Estos sensores tienen su propio sistema de refrigeración específico, que sólo se activará una vez que el sistema de refrigeración electrónico esté estable. Una vez completados estos pasos críticos, el equipo encenderá los CCD y probará los sistemas de control y adquisición de datos para asegurarse de que la cámara se comunique correctamente con los computadores. Así, la cámara estará en pleno funcionamiento.
“Construir la cámara nunca fue una tarea rutinaria y todavía tenemos nuevos desafíos y problemas que resolver. Pero ahora, mientras nos preparamos para las primeras imágenes, estamos transfiriendo los conocimientos a los especialistas en observación y a los científicos de puesta en servicio que siguen nuestro trabajo y a menudo dirigen la puesta en servicio, con supervisión. ¡Es realmente emocionante!”, explica Marshall.
A pocos metros de distancia, en el andamio junto a la cámara, Yijung Kang, Especialista en Observación e Investigadora Postdoctoral en SLAC, está lista para operar el sistema de vacío. “¡Todo el equipo de observación está muy entusiasmado por prepararse para las operaciones! Ahora estamos trabajando en estrecha colaboración con los otros equipos, preparando pruebas y procedimientos para garantizar el éxito del lanzamiento de nuestra misión científica de una década”.
El trabajo es metódico y exigente, e implica sistemas interconectados que requieren una comprensión integral de toda la cámara. Los expertos en sistemas de vacío, refrigeración y electrónica desempeñan un papel fundamental en el proceso. No basta con ser experto en un área específica, hay que tener un conocimiento profundo y holístico de la cámara. Cada sistema, cada componente, cada ajuste debe preverse cuidadosamente para garantizar un funcionamiento perfecto.
Yousuke Utsumi, Científico de Operaciones de la Cámara y Profesor Asociado del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, sabe que el equipo está a la altura del desafío. “El trabajo en la cámara avanza bien y estamos seguros de que cualquier problema que surja, incluso los más inesperados, lo resolveremos”.
En sólo unas semanas, una vez que se completen estos pasos críticos y se activen los sensores CCD, llegará otro momento impresionante: se quitará la tapa del lente de la cámara. “Es como cualquier tapa de lente de cámara estándar, ¡pero este mide 1,65 metros de ancho y usaremos una grúa para levantarlo!”, cuenta Utsumi. Luego, la luz de las estrellas ingresará a la Cámara LSST por primera vez. En ese momento, los especialistas en observación tomarán el control: Seleccionarán la parte del cielo que se observará, apuntarán el telescopio y ejecutarán el software que capturará los primeros fotones. Poco tiempo después, las primeras imágenes del cielo se mostrarán en tres pantallas gigantes en la sala de control, marcando el comienzo de una extraordinaria aventura cinematográfica.
Al igual que un director que ajusta meticulosamente las primeras tomas de una película, los equipos pasarán unas semanas más afinando el telescopio y la cámara, perfeccionando el enfoque y la alineación óptica, capturando imágenes de calibración, asegurando un funcionamiento correcto y estable, y preparándose para cualquier posible problema técnico. Sólo entonces comenzará oficialmente el rodaje de la película astronómica más grande jamás realizada.
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