Los astrónomos proponen un telescopio espacial infrarrojo de 14 metros

El Universo quiere que entendamos su origen.

Cada segundo de cada día, nos envía multitud de señales, cada una de las cuales insinúa un aspecto diferente del cosmos.

Pero el Universo es el Tramposo original, y su multitud de señales es una cacofonía de luz casi irreconocible, doblada, desplazada y estirada durante su largo viaje a través del Universo en expansión.

¿Qué están haciendo los monos parlantes en esta situación sino construir otro telescopio capaz de comprender una parte particular de toda esta luz ruidosa?

Eso es lo que los astrónomos creen que deberíamos hacer, para sorpresa de nadie.

Debido al tamaño del Universo y su continua expansión, la luz de las primeras galaxias del Universo se extiende hacia el infrarrojo.

Esta antigua luz contiene pistas sobre el origen del Universo y, por extensión, nuestro origen.

Se necesita un potente telescopio infrarrojo para detectar y descifrar esta luz. La atmósfera terrestre bloquea la luz infrarroja, razón por la cual seguimos construyendo telescopios espaciales infrarrojos.

Los telescopios infrarrojos también son muy adecuados para observar los planetas en su formación. Los entornos densos, como los discos protoplanetarios, son opacos a la mayor parte de la luz, pero la luz infrarroja puede revelar lo que sucede en estos entornos de formación de planetas.

El polvo absorbe la luz, luego la emite en infrarrojos y también la dispersa. Esto obstaculiza los telescopios ópticos, pero los telescopios infrarrojos como SALTUS están diseñados para solucionarlo.

Un equipo de astrónomos de Estados Unidos y Europa se ha sumado al coro que pide un nuevo telescopio espacial infrarrojo. Se llama provisionalmente SALTUS, el Gran Telescopio de Apertura Única para el Estudio del Universo.

En un nuevo artículo, los astrónomos describen los argumentos científicos de SALTUS.

«La misión SALTUS Probe proporcionará un observatorio espacial con una punta de infrarrojo lejano (IR lejano) para explorar nuestros orígenes cósmicos y la posibilidad de vida en otros lugares», escriben los autores del nuevo documento.

El artículo se titula «Gran Telescopio de Apertura Única para Estudios del Universo (SALTUS): Descripción científica». Gordon Chin del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA es el autor principal. Está preimpreso en arxiv.org.

Si se construye, SALTUS será diferente del poderoso JWST. El JWST tiene cuatro instrumentos que cubren un rango de frecuencia infrarroja de 600 a 28.500 nanómetros, o de 0,6 a 28,5 micrones, que va desde el infrarrojo cercano (NIR) al infrarrojo medio (MIR). SALTUS cubre de 34 a 660 µm, que se encuentra en el infrarrojo lejano (FIR). El conjunto SALTUS no está disponible para ningún observatorio actual, ya sea espacial o terrestre.

Los telescopios infrarrojos deben mantenerse fríos. Utilizan sombrillas y refrigeradores criogénicos para mantener bajas las temperaturas y detectar la luz infrarroja. Cuanto más larga sea la onda de luz infrarroja, más frío debe estar el sensor. Las sombrillas son pasivas y enfrían el espejo primario, pero los instrumentos requieren enfriamiento criogénico activo, y esos sistemas tienen una vida limitada que restringe la duración de la misión. En el caso de SALTUS, la duración base de la misión es de cinco años.

Durante esos cinco años, SALTUS hará uso de su espejo primario de 14 metros y su par de instrumentos para abrir «una poderosa ventana al Universo a través de la cual podremos explorar nuestros orígenes cósmicos», según los autores del artículo.

Los dos instrumentos son el espectrómetro SAFARI-Lite (SALTUS Far-Infrared Lite) y HiRX (receptor de alta resolución). Con estos instrumentos, SALTUS complementará las capacidades de observación del JWST y ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.

Su apertura es tan grande que será el único observatorio de infrarrojo lejano con resolución espacial en una escala de segundos de arco. Un segundo de arco se define como la capacidad de mostrar dos ubicaciones estacionarias separadas por 4,8 mm y a 1 km de distancia como ubicaciones separadas. «Esto permitirá revelar la verdadera naturaleza del Universo frío, que contiene las respuestas a muchas de las preguntas sobre nuestro origen cósmico», escriben los autores.

SALTUS tiene un diseño único entre los telescopios espaciales. Cuenta con un espejo primario inflable, que es nuevo en los telescopios espaciales pero que ha sido probado durante décadas de uso en telecomunicaciones terrestres. Un parasol de dos capas mantendrá fresco el espejo inflable.

SALTUS de gran apertura proporcionará una alta sensibilidad y está dirigido a algunas preguntas fundamentales.

¿Cómo se desarrolla la habitabilidad mientras se forman los planetas? Para abordar esta cuestión, SALTUS rastreará el carbono, el oxígeno y el nitrógeno en 1.000 discos protoplanetarios diferentes.

Tiene el poder de reconocer muchas especies moleculares y atómicas y diferentes modos reticulares del hielo y algunos minerales. Ningún telescopio existente tiene esta capacidad.

La habitabilidad, tal como la entendemos, gira en torno al agua. El agua comienza su viaje en las mismas nubes moleculares donde se forman las estrellas. SALTUS seguirá el viaje del agua desde las nubes moleculares hasta los discos protoplanetarios, los planetesimales helados y los cometas que transportan agua a planetas como la Tierra. Una parte clave del trabajo de SALTUS será la derivación de las proporciones deuterio/hidrógeno.

¿Cómo se forman y evolucionan las galaxias? SALTUS medirá cómo se forman las galaxias y cómo ganan más masa. Medirá elementos pesados ​​y polvo interestelar desde las primeras galaxias del Universo hasta la actualidad. El telescopio también buscará la coevolución de las galaxias y sus agujeros negros supermasivos (SMBH).

El seguimiento de la rápida evolución de los granos de polvo en las galaxias durante los primeros mil millones de años del Universo es parte de la comprensión de la formación y evolución de las galaxias. SALTUS puede hacer esto observando los HAP, los hidrocarburos aromáticos policíclicos y sus líneas espectrales. Algunas líneas espectrales de PAH son muy débiles pero completamente visibles para SALTUS.

Existe un vínculo causal entre la formación de estrellas y los núcleos galácticos activos (AGN) que influye en el crecimiento y la evolución de las galaxias. Pero los dos fenómenos ocurren en escalas espaciales muy diferentes, y la fase que los conecta está cubierta de polvo. La espectroscopía de infrarrojo lejano sensible y de alta resolución de SALTUS brindará a los astrónomos una visión más clara de los AGN y de cómo se forman las galaxias.

SALTUS está colocado en una órbita Sol-Tierra Halo L2. Su distancia máxima a la Tierra sería de 1,8 millones de kilómetros (1,12 millones de millas). Esa órbita le da al telescopio dos campos de visión continuos de 20º alrededor de los polos de la eclíptica, lo que da como resultado una cobertura total del cielo cada seis meses.

El concepto SALTUS está diseñado en respuesta al Estudio Decenal 2020 y la Hoja de Ruta de Astrofísica de la NASA. Es una respuesta directa a la solicitud del Explorador de sondas astrofísicas (APEX) de la NASA de 2023. Las preguntas que ayudará a responder provienen directamente de esos trabajos.

«SALTUS tiene tanto la sensibilidad como la resolución espacial para abordar no sólo las cuestiones científicas abiertas del año 2023 sino, más importante aún, las cuestiones desconocidas que surgirán en la década de 2030», escriben los autores en su resumen. «SALTUS es avanzado y adecuado para satisfacer las necesidades actuales y futuras de la comunidad astronómica».

Escrito por Evan Gough/Universo hoy.