Observando con ALMA

Las 66 antenas de ALMA funcionan juntas como si fueran un solo telescopio gigante. Para ello utilizan una técnica denominada interferometría. Esta consiste en recolectar una señal proveniente del Universo usando dos o más antenas y combinarlas para analizar la señal y así obtener información sobre la fuente de tal emisión (ya sea una estrella, planeta o galaxia).

Al combinar ondas de radio capturadas por dos o más antenas es posible obtener imágenes de altísima precisión. Estas imágenes son similares a las que se obtendrían con un telescopio o antena de diámetro igual a la mayor distancia posible entre las antenas (en el caso de ALMA hasta 16 kilómetros). Pero construir y operar una antena de ese tamaño es tecnológicamente inviable (al menos con las tecnologías actuales), por lo que resulta mucho más plausible construir varias antenas pequeñas y utilizarlas combinadamente.

Sin embargo, en la práctica, esto no es tan sencillo.

Para su funcionamiento, ALMA depende de que tanto sus 66 antenas como su electrónica trabajen en forma perfectamente sincronizada, con una precisión de una millonésima de millonésima de segundo. Asimismo, el camino recorrido por la señal astronómica desde su llegada a cada antena, hasta que es combinada en el computador central – el Correlacionador – debe ser medido con una exactitud similar al diámetro de un cabello humano (centésimas de milímetro). Y como si esto no presentase suficientes desafíos, está el problema de reducir la perturbación que sufre la señal desde que toca cada antena hasta ser digitalizada y transmitida por varios kilómetros de fibra óptica hacia el computador central. Incluso antes, apenas la señal astronómica penetra la atmósfera terrestre, ésta es parcialmente absorbida, desviada y retardada por moléculas de dióxido de carbono (CO2), oxígeno y agua (sí, aún a 5.000 metros de altitud y en las áridas condiciones del desierto de Atacama existe agua). Modelos atmosféricos sofisticados, estaciones de monitoreo de condiciones climáticas y radiómetros para medir la cantidad de vapor de agua presentes en la línea de visión de cada antena, son utilizados por ALMA para corregir estos efectos atmosféricos indeseados.

Esquema del trayecto que sigue una señal astronómica captada por una antena de ALMA. En un primer momento, la señal es recibida por la antena, para luego pasar por el Front End, enfriado por criogenización a 4 Kelvin, donde se reduce su frecuencia. Luego la señal es digitalizada por el Back End y transmitida por fibra óptica hasta el edificio central, donde el correlacionador combina la señal de todas las antenas. ALMA es controlado desde el Centro de Operaciones (OSF, por su sigla en inglés), donde se recibe, procesa y almacena la información.

Como su nombre lo indica, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA o Gran Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama) es un conjunto de antenas. Sus principales desafíos técnicos son poder apuntar simultáneamente todas las antenas a un mismo punto del cielo, captar la señal astronómica con cada antena, convertirla a formato digital, transmitir la señal desde cada antena a un edificio central, donde un supercomputador combina las señales recibidas para generar los datos a partir de los cuales se hará el análisis científico de la fuente que originó dicha señal.

Todo esto con una precisión y calidad jamás vista. Un ejemplo cotidiano puede ayudar a entender este aparentemente complicado proceso: El sistema auditivo humano está diseñado de tal modo que cada uno de sus componentes cumple una función muy similar a ALMA, en este caso con el propósito de hacer llegar el sonido al cerebro. Al apuntar una oreja hacia la fuente de un sonido, gracias a su anatomía ésta canaliza el sonido y lo hace llegar a un receptor (el tímpano) capaz de captarlo y convertirlo en un impulso eléctrico que es transmitido por el nervio auditivo hasta el cerebro. El cerebro recibe la señal de ambas orejas, las combina y analiza con el fin discernir sobre la naturaleza de la fuente (quién, cómo, dónde).

Esta cadena es análoga a las distintas etapas por las que pasarán las ondas de radio que han viajado por millones de años por el espacio hasta llegar a cada antena de ALMA. Asimismo, esta cadena define la arquitectura e ingeniería de ALMA, así como su modelo organizacional.

A continuación un breve recorrido por los distintos componentes que constituyen el radiotelescopio y una explicación de por qué es fundamental el perfecto funcionamiento del conjunto para hacer posible la revolución científica de ALMA.

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