Un novo instrumento permite que os telescopios profesionais capten imaxes de extremada resolución

Dende tempos de Galileo, os astrónomos buscan observar cada vez máis obxectos con máis detalle. Ademais de fabricar instrumentos con detectores máis eficientes e sensibles, a construción de grandes telescopios permite recoller unha maior cantidade de fotóns para observar astros máis débiles con menos tempo de observación. Sen embargo, a atmosfera pasa factura e, a pesar de todos os avances, nunca se acadaron as resolucións desexadas. Ata agora. O investigador vigués Roberto López concibiu, deseñou, desenvolveu e aplicou na súa tese de doutoramento FastCam, un instrumento que permite obter imaxes de resolución temporal e espacial extremadamente alta no rango visible desde os telescopios terrestres. “É o primeiro instrumento que o fai a nivel profesional”, asegura o enxeñeiro, que leva 30 anos traballando no Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) e que presentou a súa tese na Universidade de Vigo.

FastCam foi desenvolto polo propio IAC en colaboración coa Universidad Politécnica de Cartagena, encargada do software, “unha das grandes potencialidades” do aparello. “Un telescopio é como o obxectivo dunha cámara reflex, é a óptica encargada de colectar a luz. Nós colocamos FastCam no corpo da cámara, o seu detector captura as imaxes como fotos a alta velocidade e envíaas a un ordenador onde se analizan e almacenan”, explica López. O acadado é todo un éxito no campo da astronomía: “Na primeira noite no telescopio de 2.5 metros vimos discos de difracción, algo que só existe na teoría e que nos ensinaron que era imposible ver nun telescopio. Non o críamos, era espectacular, con moitas estrelas no campo e todas iguais”, recorda aínda ilusionado.

Un millón de imaxes cada noite

“Ves fotografías de astrónomos afeccionados con telescopios relativamente pequenos que son espectaculares… Como o fan? Non poden acceder a equipos grandes nin pagar detectores profesionais, así que collen unha webcam, gravan un vídeo, separan fotogramas, recentran e suman, polo que acumulan 300 imaxes e moita resolución”, conclúe o investigador. Iso é o que fai FastCam nos telescopios profesionais: obtén dun obxecto astronómico miles de imaxes (“ata un millón por noite”) empregando tempos moi curtos de exposición, de entre 10 e 50 milisegundos. Selecciónanse as imaxes que están menos alteradas pola turbulencia atmosférica e “vas sumando dependendo da profundidade e sensibilidade desexada. A diferenza é que os afeccionados usan 300 imaxes e nos máis de 300.000. Estamos a gravar preto dun terabyte por noite de observación”. O baixo ruído de lectura dos detectores L3CCD dos que dispón o instrumento desenvolto por López permiten un tipo de observación que sería “inviable” con detectores convencionais.

Para telescopios de clase media e alta

Existen numerosos efectos da atmosfera que perturban o fronte de onda, xa que, “por desgraza para a astronomía, non é nada estática”. Nos últimos 20 anos estes efectos foron tratados de compensar mediante técnicas de óptica adaptativa, con espellos oscilantes e deformables, pero os resultados acadados non estiveron á altura das expectativas “a pesar da inxente cantidade de diñeiro e a todo o esforzo invertido”, asegurou Alejandro Oscoz, director da tese xunto á profesora Ana Ulla.

Como alternativa xurdiu a Lucky Imaging, unha técnica baseada na toma de fotografías a moi alta velocidade para aproveitar os intervalos estables da atmosfera, o que facilita a súa acumulación, recentre e suma para obter o equivalente a unha imaxe de moi boa calidade cerca do límite de difracción do telescopio. FastCam é un fotómetro de imaxe astronómica con captura de imaxes a alta frecuencia e limitado por difracción para aplicar esta técnica en telescopios de clase media e alta (1.5 a 4.2 m).

López estudou os problemas e condicionantes que impón a atmosfera e as solucións que achegan as distintas técnicas; revisou o deseño óptico e as adaptacións a distintos telescopios; mostrou algúns do resultados científicos obtidos tanto en astronomía de posición como en estruturas complexas en cúmulos globulares e sistemas binarios e explicou os diferentes deseños que xurdiron a partir da idea base e os instrumentos en desenvolvemento que están ampliando as capacidades do sistema e a técnica en si. Ademais, apuntou as posibles aplicacións a outros campos nos que a nitidez é necesaria a pesar das oscilacións ou inestabilidades do sistema de observación, como a oftalmoloxía, a fotografía, o videocontrol...

As imaxes con mellor resolución xamais acadadas

FastCam xa foi probado en catro telescopios canarios, en tres deles alcanzando o límite teórico de resolución: o Telescopio Carlos Sánchez-TCS (1.52 m) do Observatorio del Teide e o Nordic Optical Telescope-NOT (2.5 m), o William Herschel-WHT (4.2 m) e o Gran Telescopio Canarias-GTC (10.4 m) do Observatorio del Roque de los Muchachos. Deste xeito, FastCam converteuse nun aparello de uso común no TCS desde setembro de 2008; foi o primeiro instrumento instalado no GTC, o maior telescopio visible-infravermello do mundo e grazas a el obtivéronse “as imaxes con mellor resolución xamais logradas desde Canarias”.

A partir do proxecto inicial de instrumento para o TCS do Observatorio del Teide comezaron a desenvolverse numerosas iniciativas colaterais. Un deles é Wide-FastCam, un FastCam de gran campo cunha cámara de 1kx1k e unha óptica diferente que permite obter un campo de 8 minutos de arco. Neste caso o que se busca é a alta resolución espacial para a detección de planetas extrasolares.