Doscientos cincuenta científicos y representantes de destacadas instituciones de investigación de todo el mundo se reúnen este 15 de octubre para visitar las instalaciones de los cuatro Large-Sized Telescopes (LST, por sus siglas en inglés) del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO, por sus siglas en inglés), en el Observatorio del Roque de los Muchachos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en La Palma, con motivo de la puesta en marcha de este nuevo conjunto de telescopios.

El director del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Valentín Martínez Pillet, destaca que “la puesta en marcha de estos cuatro telescopios marca un hito científico significativo para la comunidad astrofísica mundial y representa un paso crucial hacia la plena operación científica del Observatorio de la Red de Telescopios Cherenkov (CTAO, por sus siglas en inglés)” y también demuestra “la capacidad que tiene el Observatorio del Roque de los Muchachos para acoger este tipo de infraestructura”. 

Los Large-Sized Telescopes (LST) son los telescopios más grandes del futuro Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO). Están diseñados para detectar rayos gamma de muy alta energía, un tipo de radiación extremadamente energética que llega desde los rincones más lejanos y violentos del universo. Gracias a esta capacidad, los LST permiten estudiar fenómenos cósmicos difíciles de observar con otros instrumentos.

Cada telescopio cuenta con un reflector de 23 metros de diámetro y está equipado con cámaras ultrarrápidas de última generación. Diseñados para detectar los tenues destellos de luz Cherenkov cuando los rayos gamma de muy alta energía interactúan con la atmósfera de la Tierra, los LST son los instrumentos más sensibles del mundo para observar rayos gamma a energías de entre aproximadamente 20 gigaelectrónvoltios (GeV) y varios teraelectrónvoltios (TeV). Este rango es clave para detectar fuentes extragalácticas a distancias cosmológicas, como núcleos activos de galaxias, así como fuentes galácticas con menor capacidad de aceleración, como los púlsares. Además, su rápida capacidad de respuesta los convierte en herramientas esenciales para estudiar fenómenos transitorios como las explosiones de rayos gamma (gamma-ray bursts) u otros eventos estelares de corta duración.

Esta excepcional sensibilidad es crucial para detectar fuentes de rayos gamma distantes y transitorias. Como los rayos gamma de muy alta energía se absorben cada vez más a medida que viajan a través del Universo, el umbral de baja energía de los LST permite a los científicos sondear fuentes a distancias cosmológicas, mirar más atrás en la historia cósmica y observar la brevísima variabilidad de fuentes de rayos gamma en evolución dinámica con mayor precisión estadística.

Dimensiones y diseño: grandes pero ágiles

A primera vista, los LST impresionan por su tamaño: alcanzan unos 45 metros de altura, con un espejo de 23 metros de diámetro y un peso cercano a las 100 toneladas. Este gran tamaño no es casual, sino necesario para captar la débil luz Cherenkov generada por los rayos gamma de baja energía al interactuar con la atmósfera terrestre.

Sin embargo, pese a sus dimensiones, los LST están diseñados para ser extremadamente ligeros y ágiles. Su estructura utiliza materiales avanzados como la fibra de carbono reforzada, lo que permite reducir el peso sin comprometer la estabilidad. Esta ligereza es fundamental para que el telescopio pueda reposicionarse rápidamente: es capaz de apuntar a cualquier punto del cielo en menos de 20 segundos, una característica crucial para observar eventos transitorios de corta duración.

El corazón del LST es su gran reflector parabólico de 23 metros de diámetro, con una superficie reflectante de aproximadamente 400 m². Este espejo recoge la tenue luz Cherenkov producida en la atmósfera y la concentra hacia la cámara del telescopio, a través de la conocida como técnica Cherenkov.

Desde un punto de vista óptico, la elección de una geometría parabólica permite minimizar las aberraciones y mejorar la calidad de la señal recogida. La longitud focal del sistema es de 28 metros, lo que optimiza la resolución angular y la eficiencia en la detección de eventos de baja energía. Dado que estos eventos producen apenas unas decenas de fotones, maximizar la superficie colectora es esencial para su detección.

El investigador del IAC-CIEMAT y presidente del Comité directivo de la colaboración LST Juan Cortina asegura que “nunca se había construido una red de telescopios como estos. Su construcción ha sido un reto humano y tecnológico que la colaboración internacional LST ha superado tras quince años de duro trabajo.”

El investigador principal del proyecto LST CTAO en el IAC, Ramón García insiste en que “el protagonismo del IAC ha sido esencial en este proceso, gestionando la participación española en la construcción de los telescopios. Además, el IAC gestiona el ORM y, desde las primeras etapas de la candidatura española, defendió que los observatorios de Canarias reunían condiciones excepcionales para albergar el observatorio del hemisferio norte. El resultado de ese esfuerzo es hoy visible en la cumbre de la isla de La Palma: cuatro telescopios LST de 23 metros”.

En los próximos años, los LST se someterán a comisionado y a su integración en las operaciones del CTAO. Junto con los otros telescopios del CTAO, abordarán cuestiones fundamentales en astrofísica, física de partículas y cosmología, tales como la naturaleza de la materia oscura, el origen de los rayos cósmicos y la física de los aceleradores cósmicos extremos.

Acerca de la Colaboración LST

La Colaboración Large-Sized Telescopes (LST) es un consorcio internacional de personal científico, de ingeniería e instituciones dedicado a diseñar, construir y poner en marcha los LST para el CTAO. La colaboración ha desarrollado tecnologías avanzadas en óptica, fotodetectores, mecánica y electrónica de alta velocidad para lograr el umbral de energía más bajo jamás alcanzado por observatorios de rayos gamma terrestres.

El proyecto implica a instituciones de Alemania, Brasil, Bulgaria, Croacia, Chequia, España, Francia, Italia, Japón, Polonia y Suiza.

Acerca de CTAO

El CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory; www.ctao.org) será el observatorio más grande y potente del mundo para la astronomía de rayos gamma. La precisión sin precedentes del CTAO y su amplio rango de ayudarán a abordar algunas de las cuestiones más desconcertantes de la astrofísica, englobadas en tres grandes temas: comprender el origen y el papel de las partículas cósmicas relativistas; sondear entornos extremos, como agujeros negros o estrellas de neutrones; y explorar las fronteras de la física, en busca de materia oscura o desviaciones de la teoría de la relatividad de Einstein.

Para cubrir su amplio rango de energía, el CTAO utilizará tres tipos de telescopios: el Telescopio de Gran Tamaño (LST, por sus siglas en inglés), el Telescopio de Tamaño Mediano (MST, por sus siglas en inglés) y el Telescopio de Pequeño Tamaño (SST, por sus siglas en inglés). Más de 60 telescopios se distribuirán entre dos estaciones de observación: CTAO-Norte en el hemisferio norte, en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, España, y CTAO-Sur en el hemisferio sur, en el Observatorio Paranal en el Desierto de Atacama, Chile.

El CTAO es un proyecto de Big Data. El Observatorio generará cientos de petabytes (PB) de datos al año. Basado en su compromiso con la Ciencia Abierta, el CTAO será el primer observatorio de rayos gamma de su tipo en operar como un observatorio abierto e impulsado por propuestas, que proporcionará acceso público a sus datos científicos de alto nivel y a sus productos de software.

La Organización Central del CTAO (el ERIC del CTAO) está a cargo de la construcción y operación del Observatorio, así como de la gestión de los cuatro emplazamientos del CTAO. Los miembros del ERIC del CTAO incluyen a Austria, Croacia, Chequia, el Observatorio Europeo Austral (ESO), España, Francia, Alemania, Italia, Polonia, Eslovenia y Suiza. Los Países Bajos también forman parte del ERIC del CTAO en calidad de observadores. Otros países contribuyentes (Australia, Brasil, Japón, Sudáfrica y Estados Unidos) participan en el proceso de adhesión al ERIC del CTAO como socios estratégicos o terceras partes.

Este grupo trabaja en estrecha cooperación con socios de todo el mundo, incluidas colaboraciones de contribuciones en especie que están desarrollando hardware y software esenciales, así como el Consorcio del CTAO, un grupo de investigadores que trabaja en la explotación científica del Observatorio.

Las actuaciones del IAC con cargo al proyecto “Los Cuatro Large Size Telescopes (LST) del CTA-Norte en el ORM” de referencia ESFRI-2017-01-IAC-12, están financiadas por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU), cofinanciadas en un 85% con fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER). Las actuaciones cuentan también con financiación del Gobierno de Canarias, a través de la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información (ACIISI), de la Consejería de Universidades, Ciencia e Innovación y Cultura.

Contactos

Juan Cortina: juan.cortina-ext [at] iac.es (juan[dot]cortina-ext[at]iac[dot]es)

Ramón García López: ramon.garcia.lopez [at] iac.es (ramon[dot]garcia[dot]lopez[at]iac[dot]es)

Alicia López Oramas, alicia.lopez [at] iac.es (alicia[dot]lopez[at]iac[dot]es)