Una noche con 2dF en el Telescopio Anglo-Australiano

Uno de los instrumentos astronómicos más complejos que existen actualmente es el denominado “Two Degrees Field” (2dF) instalado en el Telescopio Anglo-Australiano (Anglo-Australian Telescope, AAT, Observatorio de Siding Spring, cerca de Coonabarabran, Nueva Gales del Sur, Australia). La parte principal de 2dF es un gancho robótico que permite posicionar hasta 400 fibras ópticas en objetos celestes separados hasta un máximo de dos grados (de ahí el nombre de “two degrees field”, campo de dos grados).

De las 400 fibras ópticas que 2dF posee, 392 están acopladas al espectrógrafo “AAOmega”, que permite obtener el espectro óptico completo de cada uno de los objetos (galaxias o estrellas) sobre los que se han colocado las fibras ópticas. Las 8 fibras restantes son, en realidad, “manojos de 7 fibras” cada una. Estas fibras especiales se usan para conseguir tanto un apuntado correcto del campo a observar como un seguimiento adecuado del movimiento del cielo. Con este sistema, los astrónomos pueden observar un campo de forma continua durante un máximo de 3 horas. 2dF consta de dos placas de posicionamiento de fibras ópticas: una se encuentra en el foco primario del telescopio, mientras que la otra se localiza justo detrás, a la altura del brazo robótico.

Así, mientras se observa un campo con una placa, 2dF configura el siguiente campo en la otra placa. Un mecanismo permite voltear las placas tras concluir la observación de un campo. De esta forma, la placa recién configurada comienza a usarse para las nuevas observaciones, mientras que el brazo robótico vuelve a configurar la otra placa para un próximo campo.

El gancho robótico de 2dF moviendo las fibras ópticas en la placa localizada detrás del foco primario del Telescopio Anglo-Australiano. En este caso, las fibras están iluminadas internamente (color rojo) para ayudar al gancho robótico a su correcta localización y posicionado sobre la placa. | Crédito de la imagen: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ).

2dF se diseñó a finales de la década de los 90 del siglo pasado y, desde su instalación en el Telescopio Anglo-Australiano, ha sido usado por un gran número de astrofísicos de todo el mundo. Efectivamente, este sofisticado instrumento ha realizado las observaciones de cientos de proyectos astronómicos, incluyendo cartografiados de galaxias como  “2dF Galaxy Redshift Survey”, “WiggleZ Dark Energy Survey”, o el cartografiado “Galaxy And Mass Assembly” (GAMA), que continúa en la actualidad. En una noche despejada, 2dF puede obtener datos espectroscópicos de alta calidad de más de 2,800 objetos.

¿Cómo mueve y posiciona 2dF las fibras ópticas?

Una manera muy elegante de explicarlo es confeccionando un vídeo siguiendo la técnica de “time-lapses”, esto es, obtenido muchas imágenes seguidas para luego combinarlas en una película que muestre el robot moviendo y posicionado las fibras ópticas. Ésta es la razón por la que decidí crear el video “A 2dF night at the AAT” (“Una noche con 2dF en el Telescopio Anglo-Australiano”), que combina 14 nuevas secuencias de time-lapse obtenidas en el AAT.

En realidad, este nuevo vídeo muestra no sólo como funciona 2dF, sino también como se mueven el Telescopio Anglo-Australiano y su cúpula y, por supuesto, la belleza del cielo del Hemisferio Sur. Este vídeo time-lapse dura 2.9 minutos y combina más de 4,000 fotogramas individuales obtenidos usando una cámara digital CANON EOS 600D provista con un gran angular de 10-20 mm de focal. Todas las secuencias se obtuvieron entre septiembre y noviembre de 2011, mientras yo trabajaba de astrónomo de soporte en el AAT.

Imagen de previsualización de YouTube

El vídeo consiste en tres tipos de secuencias, todas creadas a 24 fotogramas por segundo (fps). Las primeras tres secuencias muestran al gancho robótico de 2dF moviendo y posicionando las fibras ópticas en la placa localizada detrás del foco primario del telescopio. Aunque en tiempo real 2dF necesita entre 40 y 45 minutos para configurar un campo de 400 fibras, la técnica del time-lapse permite acelerar el proceso. Las primeras dos secuencias se obtuvieron tomando 1 exposición por segundo, por lo que 1 segundo del vídeo corresponde a 24 segundos en tiempo real. Para la tercera secuencia aumenté aún más el intervalo entre tomas (1 cada 3 segundos), por lo que muestra al robot moviéndose muy rápidamente.

Las cuatro secuencias siguientes muestran el movimiento del telescopio y de la cúpula. Todas ellas se se obtuvieron tomando dos imágenes por segundo, por lo que 1 segundo de la película corresponden a 12 segundos en tiempo real. El tubo largo y negro colocado en el foco primario del telescopio es el instrumento 2dF. El telescopio y la cúpula se mueven desde la posición de acceso al foco primario (donde se veía estaba el telescopio en las secuencias anteriores) al campo a estudiar por los astrónomos. También se puede apreciar que los pétalos que protegen el espejo del AAT (de 3.9 metros de diámetro) se abren mientras está posicionado al cenit.

El Telescopio Anglo-Australiano, con el instrumento 2dF (el tubo largo y negro) acoplado en el foco primario, está listo para comenzar las observaciones astronómicas. | Crédito de la imagen: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ).

El resto de las secuencias corresponden a timelapses obtenidos durante la noche. En todas ellas se usaron exposiciones de 30 segundos de duración. Así, cada segundo del vídeo corresponde a 12 minutos en tiempo real. Los timelapses astronómicos permiten recoger el movimiento de la Luna, los planetas y las estrellas desde una posición determinada en la Tierra, algo que los vídeos convencionales no pueden conseguir. En particular, los timelapses astronómicos permiten detectar tanto estrellas poco brillantes como otros objetos difusos del firmamento, como la Vía Láctea con sus nubes oscuras y brillantes, o las Nubes de Magallanes. Estos rasgos son especialmente evidentes en el rico cielo del Hemisferio Sur, y por eso dediqué mi primer timelapse, “El cielo sobre el AAT, a mostrarlos.

Al igual que hice entonces, y dado que mi trabajo en este telescopio es precisamente ayudar a los astrónomos a obtener buenos datos con 2dF (lo que se llama “astrónomo de soporte”) y no dedicarme a hacer fotos bonitas, posicionaba la cámara al comienzo de la noche, la dejaba tomando imágenes, y de vez en cuando (2 ó 3 veces por noche) bajaba a cambiarle la batería y comprobar que todo iba bien. Para estas tomas siempre usé una focal de f5.6, y configuré la cámara a 800 ó 1,600 ISO dependiendo de la oscuridad de la noche.

El cielo sobre el Telescopio Anglo-Australiano a principio de la noche el 5 de noviembre de 2011, con las Nubes de Magallanes y la Vía Láctea bien visibles a pesar de encontrarse la luna casi llena en el cielo. Algunos canguros juguetean en el césped a la derecha. | Crédito de la imagen: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ).

Sin embargo, lo que me ha llevado más tiempo ha sido el procesado de los cientos de imágenes individuales que componen cada secuencia. En general, he necesitado más de 12 horas de tiempo de ordenador por secuencia, incluyendo 3 ó 4 (a veces más) iteraciones, hasta conseguir una buena combinación de bajo ruido y buenos detalles del cielo, más por supuesto “limpiar” las imágenes de rayos cósmicos o píxeles malos.

En particular, para este nuevo vídeo me he esforzado en mostrar el color de las estrellas, algo que muchas veces se pierde al incrementar el contraste para ser capaz de ver las estrellas más débiles. La última secuencia del vídeo muestra claramente a las estrellas Aldebaran (en Tauro) y Betelgeuse (en Orión) de color rojo, mientras que las estrellas de las Pléyades (en Tauro) y Rigel (en Orión) poseen un color claramente azulado.

Además, al igual que hice con mi anterior timelapse, he incluido una secuencia que muestra las trazas de las estrellas al moverse en el cielo como consecuencia de la rotación de la Tierra. En esta ocasión, en vez de mostrar las trazas circumpolares (constelaciones cerca del Polo Celeste), decidí hacerlo en la zona del Ecuador Celeste. En esta secuencia, las estrellas en la parte superior de la pantalla pertenecen al Hemisferio Sur Celeste, mientras que las estrellas en la parte inferior corresponden al Hemisferio Norte Celeste (efectivamente, ¡en Australia estamos cabeza abajo!). Esta secuencia permite apreciar de forma aún más evidente los colores de las estrellas.

Trazas estelares sobre el Telescopio Anglo-Australiano el 23 de septiembre de 2011. Esta imagen apila 132 imágenes de 30 segundos (1 hora 6 minutos) de observación. Las estrellas en la parte superior de la pantalla pertenecen al Hemisferio Sur Celeste, mientras que las estrellas en la parte inferior corresponden al Hemisferio Norte Celeste Los colores de las estrellas son mucho más evidentes en este tipo de secuencias. La Vía Láctea aparece como un débil rasgo rojizo a la izquierda del AAT. En esta imagen, que tiene más resolución que lo que se ve en el video, también aparece el final de la rama de un árbol (arriba izquierda) iluminado por una linterna roja. | Crédito de la imagen: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ).

Otros detalles que aparecen en el vídeo son las nubes moviéndose rápidamente sobre el Observatorio de Siding Spring, satélites y aviones cruzando el firmamento, la emisión rojiza del gas ionizado en las nebulosas de Orión y de Carina, la luz de la Luna entrando por la compuerta de la cúpula del AAT, y canguros “saltando” sobre el suelo. Finalmente, para la música escogí una pieza que le diese energía al timelapse y se moviese tanto con 2dF como con el cielo. Se trata del tema “Blue Raider”, compuesto por el compositor Cesc Villà, del grupo “Epic Soul Factory”.

En realidad, todos los cambios de secuencias e incluso la elección final de las mismas (algunas se han quedado fuera para proyectos futuros) se realizó de acorde a los cambios en la música. Esto también me llevó cierto tiempo, y me dio más rompederos de cabeza de los que esperaba. No obstante, creo que el resultado final ha merecido el esfuerzo.

9 Comentarios

Participa Suscríbete

PepePepe

No entiendo muy bien el concepto y que ventajas tiene, ¿Los puntos de las fibras opticas ejercen como sensores?

angelrls, El Lobo Rayado

Gracias por el comentario. En efecto, cada punto (fibra óptica) recoge la luz que llega del firmamento. Lo que cada placa de 2dF hace es “un mapa” del cielo en esa región (se me olvidó apuntar que 2 grados son el díametro de 4 lunas llenas en el cielo), lo que permite, a la vez, observar más de 350 objetos. ¡Ten encuenta que normalmente los telescopios sólo pueden apuntar a un único objeto, una estrella o una galaxia! Con 2dF es posible hacer cartografiados (surveys) impensables con CUALQUIER otro telescopio en la Tierra, sean el Keck o los VLT. Para hacerte una idea: uno de los proyectos con los que estoy ahora (GAMA) va a completar datos de 400,000 galaxias, cada una observada con un tiempo de integración de 1 hora.

Si quieres saber más sobre cómo se trabaja con esos datos y con el telescopio, te recomiendo ver el documental que “improvisé” el año pasado: “El Telescopio Anglo-Australiano”, creo te aclarará mucho estas dudas.

http://angelrls.blogalia.com/historias/69528

En particular, en la segunda parte explico 2dF, AAOmega y cómo analizamos los espectros de las galaxias.

tricajutricaju

Muchas gracias por este articulo, es increíble que alguien tan cercano al proyecto nos explique de sus propias palabras en qué consiste y le podamos hacer preguntas sobre el mismo. Esto es divulgación!

Me preguntaba si el control de tantos objetivos simultáneos en un telescopio bajo la atmosfera no tiene mayores problemas para hacer correcciones por dispersión, es decir siendo tan grande la región que explora.

angelrls, El Lobo Rayado

Me alegra mucho recibir estos comentarios, no sólo al ver que gusta lo que cuento por aquí y por mi blog sino también porque tienen preguntas muy interesantes.

En efecto, hay que tener en cuenta la dispersión de la luz (refracción) que produce la atmósfera. Esto no es importante si se observa un objeto cerca del cenit, pero sí se debe corregir cuando se está a alturas intermedias o bajas. En realidad, lo que ocurre es un fenómeno que se llama “refracción diferencial”, en el que la luz roja del espectro proviene de una zona ligeramente distinta a de donde viene la luz azul. Vamos, que “no estaríamos viendo exactamente el mismo punto del cielo en rojo y azul”.

2dF corrige de refracción diferencial gracias a dos lentes enormes que tiene en la entrada de luz desde el telescopio a las fibras ópticas. En concreto, este sistema de lentes constituye otra de las partes de 2dF, el “ADC” o “Atmospheric Dispersion Corrector” (Corrector de dispersión atmosférica). Estas dos lentes se mueven poco a poco para ir corrigiendo la refracción diferencial según se observa.

Obviamente, esta corrección sería “la correcta” sólo en la parte central del campo de 2dF, que como cuento en la historia tiene 2 grados de diámetro (1 grado de radio). Esta distancia es pequeña dado que normalmente 2dF sólo observa a alturas por encima de 30º (el límite del AAT es unos 20º, pero no se aconseja bajar de 30º), por lo que la corrección entre objetos situados a distintas posiciones en la placa se desprecia. Además, esta pequeña variación es menor que el “seeing” (parámetro que mide tanto la calidad de la atmósfera como el tamaño espacial mínimo que podemos resolver en una imagen o espectro) promedio que tenemos en el AAT (1.5 -2.5 segundos de arco en el óptico), por lo que no debería ser un problema. ¡Pero obviamente está ahí, y hemos tenido astrónomos exigentes que se han quejado de que sí observan cierta variación dependiendo de la zona donde se encontraba el objeto dentro de la placa!

alnilamalnilam

Bellísimo panorama del cielo austral y de cómo funciona ese “bicho”. La elección de la música, muy apropiada. Tan sólo una pregunta … si apareciese un nuevo objeto en la zona en el que el 2dF está mirando, ¿lo captaría?

angelrls, El Lobo Rayado

Perdona alnilam por el retraso en responder, he estado fuera unos días.

En principio, siempre que hubiese una fibra óptica localizada exactamente en la posición del cielo en la que apareciese ese nuevo objeto, 2dF lo captaría sin problemas. Pero normalmente tenemos que ejecutar un programa (algo complicado y que necesita unos ficheros con posiciones astrométricas precisas, esto es, coordenadas celestiales detalladas) para preparar los ficheros de configuración de cada placa de 2dF. Alguna noche se ha pedido observar la posición de una supernova o un GRB (la contrapartida óptica de un “gamma ray burst”, “estallido de rayos gama”) ubicando sólo una fibra útil en la posición de dicho objeto nuevo. Pero, insisto, debe haberse configurado 2dF de antemano.

6 Trackbacks

Información Bitacoras.com…

Valora en Bitacoras.com: Uno de los instrumentos astronómicos más complejos que existen actualmente es el denominado “Two Degrees Field” (2dF) instalado en el Telescopio Anglo-Australiano (Anglo-Australian Telescope, AAT, Observatorio de Siding……

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>