SuperBIT: Un telescopio de bajo costo, transportado por globos, rival del Hubble



Los preparativos finales de SuperBIT para el lanzamiento desde Timmins Stratospheric Balloon Base Canada, en septiembre de 2019. Crédito: Steven Benton, Universidad de Princeton

Las universidades de Durham, Toronto y Princeton se han asociado con la NASA y la Agencia Espacial Canadiense para construir un nuevo tipo de telescopio astronómico. SuperBIT vuela por encima del 99,5% de la atmósfera de la Tierra, transportado por un globo de helio del tamaño de un estadio de fútbol. El telescopio hará su debut operativo el próximo mes de abril y cuando se despliegue deberá obtener imágenes de alta resolución que rivalizan con las del telescopio espacial Hubble. Mohamed Shaaban, estudiante de doctorado en la Universidad de Toronto, describirá SuperBIT en su charla de hoy (miércoles 21 de julio) en la Reunión Nacional de Astronomía ras en línea (NAM 2021).

La luz de una galaxia distante puede viajar durante miles de millones de años para llegar a nuestros telescopios. En la fracción final de segundo, la luz tiene que pasar a través de la atmósfera turbulenta y arremolinada de la Tierra. Nuestra visión del universo se vuelve borrosa. Los observatorios en tierra se construyen en sitios de gran altitud para superar algo de esto, pero hasta ahora solo colocar un telescopio en el espacio escapa al efecto de la atmósfera.

El Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope (o SuperBIT) tiene un espejo de 0,5 metros de diámetro y es llevado a 40 km de altitud por un globo de helio con un volumen de 532.000 metros cúbicos, aproximadamente del tamaño de un estadio de fútbol.

Su último vuelo de prueba en 2019 demostró una extraordinaria estabilidad de puntería, con una variación de menos de una treinta y seis milésimas de grado durante más de una hora. Esto debería permitir a un telescopio obtener imágenes tan nítidas como las del telescopio espacial Hubble.

Nadie lo ha hecho antes, no solo porque es extremadamente difícil, sino también porque los globos podrían permanecer en alto solo unas pocas noches: demasiado cortos para un experimento ambicioso. Sin embargo, la NASA desarrolló recientemente globos de 'superpresión' capaces de contener helio durante meses. SuperBIT está programado para lanzarse en el próximo globo de larga duración, desde Wanaka, Nueva Zelanda, en abril. Transportado por vientos estacionalmente estables, circunnavegará la Tierra varias veces, tomando imágenes del cielo toda la noche, luego usando paneles solares para recargar sus baterías durante el día.
Una imagen compuesta óptica y ultravioleta SuperBIT de los 'Pilares de la Creación', troncos de gas y polvo en la Nebulosa del Águila, a 7.000 años luz de distancia en dirección a la constelación de Serpens. Crédito: Equipo SuperBIT, de Romualdez et al. (2018) SPIE 10702.

Con un presupuesto para la construcción y operación del primer telescopio de US$ 5 millones (£ 3,62 millones), SuperBIT costó casi 1000 veces menos que un satélite similar. No solo los globos son más baratos que el combustible de los cohetes, sino que la capacidad de devolver la carga útil a la Tierra y relanzarla significa que su diseño ha sido ajustado y mejorado durante varios vuelos de prueba. Los satélites deben funcionar por primera vez, por lo que normalmente tienen redundancia (fenomenalmente costosa) y tecnología de una década de antigüedad que tuvo que ser calificada espacialmente por la misión anterior. Las cámaras digitales modernas mejoran cada año, por lo que el equipo de desarrollo compró la cámara de vanguardia para el último vuelo de prueba de SuperBIT unas semanas antes del lanzamiento. Este telescopio espacial seguirá siendo actualizable, o tendrá nuevos instrumentos en cada vuelo futuro.

A largo plazo, el telescopio espacial Hubble no se reparará de nuevo cuando inevitablemente falle. Durante 20 años después de eso, las misiones de la ESA/NASA permitirán obtener imágenes solo en longitudes de onda infrarrojas (como el telescopio espacial James Webb que se lanzará este otoño), o una sola banda óptica (como el observatorio Euclid que se lanzará el próximo año).

Para entonces SuperBIT será la única instalación en el mundo capaz de realizar observaciones ópticas y ultravioletas multicolores de alta resolución. El equipo ya tiene fondos para diseñar una actualización del telescopio de apertura de 0,5 metros de SuperBIT a 1,5 metros (la capacidad máxima de carga del globo es un telescopio con un espejo de unos 2 metros de diámetro). Aumentar la potencia de captación de luz diez veces, combinado con su lente de ángulo más amplio y más megapíxeles, hará que este instrumento más grande sea aún mejor que el Hubble. El costo barato incluso hace posible tener una flota de telescopios espaciales que ofrecen tiempo a los astrónomos de todo el mundo.

"La nueva tecnología de globos hace que visitar el espacio sea barato, fácil y respetuoso con el medio ambiente", dijo Shaaban. "SuperBIT se puede reconfigurar y actualizar continuamente, pero su primera misión observará los aceleradores de partículas más grandes del Universo: colisiones entre cúmulos de galaxias".
El globo SuperBIT en vuelo, sobre la Instalación de Globos Científicos Columbia de la NASA, Texas, en junio de 2016. Crédito: Richard Massey / Universidad de Durham.

El objetivo científico para el vuelo de 2022 es medir las propiedades de las partículas de materia oscura. Aunque la materia oscura es invisible, los astrónomos mapean la forma en que dobla los rayos de luz, una técnica conocida como lente gravitacional. SuperBIT probará si la materia oscura se ralentiza durante las colisiones. Ningún colisionador de partículas en la Tierra puede acelerar la materia oscura, pero esta es una firma clave predicha por las teorías que podrían explicar las observaciones recientes de muones que se comportan extrañamente.

"Los hombres de las cavernas podrían romper rocas juntos, para ver de qué están hechos", agregó el profesor Richard Massey de la Universidad de Durham. "SuperBIT está buscando el crujido de la materia oscura. Es el mismo experimento, solo necesitas un telescopio espacial para verlo".

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