El Extremely Large Telescope ( ELT ) es un observatorio astronómico en construcción. [1] Cuando esté terminado, será el telescopio extremadamente grande óptico y de infrarrojo cercano más grande del mundo . Parte de la agencia European Southern Observatory (ESO), está ubicado en la cima del Cerro Armazones en el desierto de Atacama en el norte de Chile .
El diseño consiste en un telescopio reflector con un espejo primario segmentado de 39,3 metros de diámetro (130 pies) y un espejo secundario de 4,2 metros (14 pies) de diámetro. El telescopio está equipado con óptica adaptativa , seis unidades de estrellas guía láser y varios instrumentos científicos a gran escala. [2] [3] El diseño del observatorio recogerá 100 millones de veces más luz que el ojo humano, equivalente a unas 10 veces más luz que los telescopios ópticos más grandes existentes a partir de 2023, con la capacidad de corregir la distorsión atmosférica. Tiene alrededor de 250 veces el área de recolección de luz del telescopio espacial Hubble y, según las especificaciones del ELT, proporcionará imágenes 16 veces más nítidas que las del Hubble. [4]
El proyecto se llamó originalmente European Extremely Large Telescope ( E-ELT ), pero el nombre se acortó en 2017. [5] El ELT tiene como objetivo avanzar en el conocimiento astrofísico al permitir estudios detallados de planetas alrededor de otras estrellas, las primeras galaxias del Universo, agujeros negros supermasivos, la naturaleza del sector oscuro del Universo y detectar agua y moléculas orgánicas en discos protoplanetarios alrededor de otras estrellas. [6] Como se planeó en 2011, se esperaba que la instalación demorara 11 años en construirse, desde 2014 hasta 2025. [7]
El 11 de junio de 2012, el Consejo de ESO aprobó los planes del programa ELT para comenzar las obras civiles en el sitio del telescopio, con la construcción del telescopio en sí pendiente del acuerdo final con los gobiernos de algunos estados miembros. [8] Los trabajos de construcción en el sitio del ELT comenzaron en junio de 2014. [9] Para diciembre de 2014, ESO había asegurado más del 90% de la financiación total y autorizó el inicio de la construcción del telescopio, cuyo costo estimado para la primera fase de construcción fue de alrededor de mil millones de euros . [10] La primera piedra del telescopio se colocó ceremonialmente el 26 de mayo de 2017, iniciando la construcción de la estructura principal de la cúpula y el telescopio. [11] [12] El telescopio pasó el punto medio de su desarrollo y construcción en julio de 2023, con la finalización y primera luz previstas para 2028. [13] [3]
El 26 de abril de 2010, el Consejo del Observatorio Europeo Austral (ESO) seleccionó Cerro Armazones , Chile , como el sitio de referencia para el ELT planificado. [15] Otros sitios que estaban bajo discusión incluían Cerro Macon, Salta, en Argentina; el Observatorio Roque de los Muchachos , en las Islas Canarias; y sitios en el norte de África, Marruecos y la Antártida. [16] [17]
Los primeros diseños incluían un espejo primario segmentado con un diámetro de 42 metros (140 pies) y un área de aproximadamente 1.300 m2 ( 14.000 pies cuadrados), con un espejo secundario con un diámetro de 5,9 m (19 pies). Sin embargo, en 2011 se presentó una propuesta para reducir el tamaño total en un 13% a 978 m2 , con un espejo primario de 39,3 m (130 pies) de diámetro y un espejo secundario de 4,2 m (14 pies) de diámetro. [2] Esto redujo los costos proyectados de 1.275 millones a 1.055 millones de euros y debería permitir que el telescopio se termine antes. El secundario más pequeño es un cambio particularmente importante; 4,2 m (14 pies) lo coloca dentro de las capacidades de múltiples fabricantes, y la unidad de espejo más ligera evita la necesidad de materiales de alta resistencia en la araña de soporte del espejo secundario. [18] : 15
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El Director General de ESO comentó en un comunicado de prensa de 2011 que "con el nuevo diseño del E-ELT todavía podemos satisfacer los ambiciosos objetivos científicos y también asegurar que la construcción pueda completarse en sólo 10 u 11 años". [19] El Consejo de ESO aprobó el diseño base revisado en junio de 2011 y esperaba una propuesta de construcción para su aprobación en diciembre de 2011. [19] Posteriormente, se incluyó financiación en el presupuesto de 2012 para que el trabajo inicial comenzara a principios de 2012. [20] El proyecto recibió la aprobación preliminar en junio de 2012. [8] ESO aprobó el inicio de la construcción en diciembre de 2014, con más del 90% de financiación del presupuesto nominal asegurada. [10]
La fase de diseño del anastigmat de cinco espejos fue financiada en su totalidad con el presupuesto de la ESO. Con los cambios de 2011 en el diseño de referencia (como la reducción del tamaño del espejo primario de 42 m a 39,3 m), en 2017 el coste de construcción se estimó en 1.150 millones de euros (incluyendo los instrumentos de primera generación). [21] [22] En 2014, el inicio de las operaciones estaba previsto para 2024. [12] La construcción propiamente dicha comenzó oficialmente a principios de 2017, [23] y se prevé una primera luz técnica para 2028. [13]
La ESO se centró en el diseño actual después de que un estudio de viabilidad concluyera que el Overwhelmingly Large Telescope propuesto, de 100 m (328 pies) de diámetro , costaría 1.500 millones de euros (1.000 millones de libras esterlinas) y sería demasiado complejo. Tanto la tecnología de fabricación actual como las limitaciones del transporte por carretera limitan los espejos individuales a unos 8 m (26 pies) por pieza. Los siguientes telescopios más grandes actualmente en uso son los Telescopios Keck , el Gran Telescopio Canarias y el Gran Telescopio Sudafricano , que utilizan cada uno pequeños espejos hexagonales encajados para formar un espejo compuesto de poco más de 10 m (33 pies) de diámetro. El ELT utiliza un diseño similar, así como técnicas para evitar la distorsión atmosférica de la luz entrante, conocida como óptica adaptativa . [24]
Un espejo de 40 metros de diámetro permitirá estudiar las atmósferas de los planetas extrasolares . [25] El ELT es la máxima prioridad en las actividades de planificación europeas para infraestructuras de investigación, como la Hoja de Ruta de Infraestructura y Visión Científica de Astronet y la Hoja de Ruta de ESFRI. [26] El telescopio se sometió a un estudio de Fase B en 2014 que incluía "contratos con la industria para diseñar y fabricar prototipos de elementos clave como los segmentos del espejo primario, el cuarto espejo adaptativo o la estructura mecánica (...) [y] estudios de concepto para ocho instrumentos". [27]
El ELT utilizará un diseño novedoso con un total de cinco espejos. [28] Los tres primeros espejos son curvos (no esféricos) y forman un diseño anastigmat de tres espejos para una excelente calidad de imagen en el campo de visión de 10 minutos de arco (un tercio del ancho de la Luna llena). El cuarto y el quinto espejos son (casi) planos y proporcionan respectivamente corrección óptica adaptativa para distorsiones atmosféricas (espejo 4) y corrección de inclinación para estabilización de imagen (espejo 5). El cuarto y el quinto espejos también envían la luz lateralmente a una de las dos estaciones focales Nasmyth a cada lado de la estructura del telescopio, lo que permite montar varios instrumentos grandes simultáneamente.
El espejo primario de 39 metros (128 pies) estará compuesto por 798 segmentos hexagonales, cada uno de aproximadamente 1,4 metros (4,6 pies) de ancho y con un espesor de 50 mm (2,0 pulgadas). [30] Se recubrirán y reemplazarán dos segmentos cada día hábil, para mantener el espejo siempre limpio y altamente reflectante.
Los sensores de borde miden constantemente las posiciones de los segmentos del espejo primario en relación con sus vecinos inmediatos. 2394 actuadores de posición (3 para cada segmento) utilizan esta información para ajustar el sistema, manteniendo la forma general de la superficie sin cambios frente a las deformaciones causadas por factores externos como el viento, la gravedad, los cambios de temperatura y las vibraciones. [31]
En enero de 2017, [32] ESO adjudicó el contrato para la fabricación de los 4608 sensores de borde al consorcio FAMES, compuesto por la empresa francesa Fogale [33] y la empresa alemana Micro-Epsilon. [34] Estos sensores pueden medir posiciones relativas con una precisión de unos pocos nanómetros, la más precisa jamás utilizada en un telescopio.
En mayo de 2017, ESO adjudicó dos contratos adicionales. Uno de ellos fue adjudicado a la empresa alemana Schott AG, que fabrica las piezas brutas de los 798 segmentos, así como un conjunto de mantenimiento de 133 segmentos adicionales. Este conjunto de mantenimiento permite retirar, reemplazar y recubrir los segmentos de forma rotativa una vez que el ELT está en funcionamiento. El espejo se está fabricando a partir de la misma cerámica de baja expansión Zerodur que los espejos del Very Large Telescope existentes en Chile.
El otro contrato fue adjudicado a la empresa francesa Safran Reosc, [36] una subsidiaria de Safran Electronics & Defense . Recibe los espejos en bruto de Schott y pule un segmento de espejo por día para cumplir con el plazo de 7 años. Durante este proceso, cada segmento se pule hasta que no tenga ninguna irregularidad en la superficie mayor a 7,5 nm de raíz cuadrada media . Después, Safran Reosc monta, prueba y completa todas las pruebas ópticas antes de la entrega. Este es el segundo contrato más grande para la construcción de ELT y el tercer contrato más grande que ESO ha firmado jamás.
Las unidades del sistema de soporte de segmentos para el espejo primario fueron diseñadas y producidas por CESA (España) [37] y VDL (Países Bajos). Los contratos firmados con ESO también incluyen la entrega de instrucciones detalladas y completas y planos de ingeniería para su producción. Además, incluyen el desarrollo de los procedimientos necesarios para integrar los soportes con los segmentos de vidrio del ELT; para manipular y transportar los conjuntos de segmentos; y para operar y mantenerlos. [38]
En julio de 2023, se habían fabricado más del 70% de los segmentos de espejo en bruto y sus estructuras de soporte [3] , y a principios de 2024 se habían pulido decenas de segmentos. [39]
La fabricación del espejo secundario es un gran desafío, ya que es muy convexo y asférico. También es muy grande: con 4,2 metros (14 pies) de diámetro y un peso de 3,5 toneladas (7.700 libras), será el espejo secundario más grande jamás empleado en un telescopio óptico y el espejo convexo más grande jamás producido.
En enero de 2017, [32] ESO adjudicó un contrato para la pieza bruta del espejo a Schott AG , que lo fundió más tarde ese mismo año a partir de Zerodur . En mayo de 2017, [41] Schott AG también recibió el contrato para el segmento primario del espejo, mucho más grande.
También son necesarias células de soporte complejas para garantizar que los espejos flexibles secundario y terciario mantengan su forma y posición correctas; estas células de soporte serán proporcionadas por SENER . [42] Al igual que el espejo terciario, el espejo secundario se montará en 32 puntos, con 14 a lo largo de sus bordes y 18 en la parte posterior. Todo el conjunto se montará en un hexápodo, lo que permitirá alinear su posición cada pocos minutos con una precisión submicrométrica. Las deformaciones en el espejo secundario tienen un efecto mucho menor en la imagen final en comparación con los errores en los espejos terciario, cuaternario o quinario. [43]
Safran Reosc está puliendo y probando la pieza vitrocerámica preformada del espejo secundario. [44] [45] [3] El espejo se moldeará y pulirá con una precisión de 15 nanómetros (15 millonésimas de milímetro) sobre la superficie óptica.
Se informó que a principios de 2024 este espejo estaría cerca de alcanzar su precisión final. [39]
El espejo terciario cóncavo de 3,8 metros (12 pies), también fabricado a partir de Zerodur, será una característica inusual del telescopio. La mayoría de los grandes telescopios actuales, incluidos el VLT y el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, utilizan dos espejos curvos para formar una imagen. En estos casos, a veces se introduce un espejo terciario pequeño y plano para desviar la luz hacia un foco conveniente. Sin embargo, en el ELT el espejo terciario también tiene una superficie curva, ya que el uso de tres espejos proporciona una mejor calidad de imagen final en un campo de visión más amplio de lo que sería posible con un diseño de dos espejos. [32]
Al igual que el espejo secundario (con el que comparte muchas características de diseño), el espejo terciario será ligeramente deformable para permitir la corrección regular de las desviaciones. Ambos espejos estarán montados sobre 32 puntos, 18 en su parte posterior y 14 a lo largo de sus bordes. [43]
A partir de julio de 2023, el espejo terciario ya está fundido y se encuentra en proceso de pulido. [3]
El espejo cuaternario de 2,4 metros (7,9 pies) es un espejo adaptativo plano de 2 mm (0,08 pulgadas) de espesor. Con hasta 8.000 actuadores, la superficie se puede reajustar mil veces por segundo. [46] El espejo deformable será el espejo adaptativo más grande jamás construido, [47] y consta de seis pétalos componentes, sistemas de control y actuadores de bobina móvil. La distorsión de la imagen causada por la turbulencia de la atmósfera terrestre se puede corregir en tiempo real, así como las deformaciones causadas por el viento sobre el telescopio principal. El sistema de óptica adaptativa del ELT proporcionará una mejora de aproximadamente un factor de 500 en la resolución en comparación con las mejores condiciones de observación logradas hasta ahora sin óptica adaptativa. [47]
El consorcio AdOptica, [48] asociado con el INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) como subcontratistas, es responsable del diseño y fabricación del espejo cuaternario. [49] Los 6 pétalos fueron fundidos por Schott en Alemania y pulidos por Safran Reosc. [50] [51]
A partir de julio de 2023, los seis pétalos estarán terminados y en proceso de integración en su estructura de soporte. [3] Las seis fuentes láser para el sistema de óptica adaptativa, que trabajarán en conjunto con el espejo cuaternario, también se han completado y están en pruebas.
El espejo quinario de 2,7 x 2,2 metros (8,9 x 7,2 pies) es un espejo de inclinación y punta que se utiliza para refinar la imagen mediante óptica adaptativa . El espejo incluirá un sistema rápido de inclinación y punta para la estabilización de la imagen que compensará las perturbaciones causadas por el viento, la turbulencia atmosférica y el propio telescopio antes de llegar a los instrumentos del ELT. [52]
A principios de 2024, se habían fabricado los seis pétalos componentes y se estaban soldando para formar una sola unidad. [39]
La cúpula del ELT tendrá una altura de casi 74 metros (243 pies) desde el suelo y un diámetro de 86 metros (282 pies), [53] lo que la convierte en la cúpula más grande jamás construida para un telescopio. La cúpula tendrá una masa total de alrededor de 6.100 toneladas (13.400.000 libras), y la estructura del tubo y el soporte del telescopio tendrán una masa móvil total de alrededor de 2.800 toneladas (6.200.000 libras).
Para la ranura de observación se estudiaron dos diseños principales: uno con dos juegos de puertas anidadas y el diseño base actual, es decir, un solo par de puertas corredizas de gran tamaño. Este par de puertas tiene un ancho total de 45,3 metros (149 pies).
ESO firmó un contrato para su construcción, [54] junto con la estructura principal de los telescopios, con el consorcio italiano ACe, formado por Astaldi y Cimolai [55] y el subcontratista designado, el grupo italiano EIE. [56] La ceremonia de firma tuvo lugar el 25 de mayo de 2016 [57] en la sede central de ESO en Garching bei München, Alemania.
La cúpula debe proporcionar la protección necesaria al telescopio en condiciones climáticas adversas y durante el día. Se evaluaron varios conceptos para la cúpula. El concepto de referencia para la cúpula del ELT de 40 metros es una cúpula casi hemisférica, que gira sobre un pilar de hormigón, con puertas curvas que se abren lateralmente. Se trata de una nueva optimización del diseño anterior, destinada a reducir los costos, y se está revalidando para que esté lista para su construcción. [58]
Un año después de la firma del contrato, y tras la ceremonia de colocación de la primera piedra en mayo de 2017, el sitio fue entregado a ACe, lo que significó el inicio de la construcción de la estructura principal de la cúpula.
En términos de rendimiento astronómico, se requiere que la cúpula pueda seguir el punto de evitación cenital de 1 grado y preestablecerse en un nuevo objetivo en 5 minutos. Esto requiere que la cúpula pueda acelerar y moverse a velocidades angulares de 2 grados/s (la velocidad lineal es de aproximadamente 5 km/h o 4,6 pies/s). [59]
La cúpula está diseñada para permitir una total libertad al telescopio, de modo que pueda posicionarse tanto abierto como cerrado. También permitirá realizar observaciones desde el cenit hasta 20 grados desde el horizonte.
Con una abertura tan grande, la cúpula del ELT requiere la presencia de un paravientos para proteger los espejos del telescopio (aparte del secundario) de la exposición directa al viento. El diseño básico del paravientos minimiza el volumen necesario para albergarlo. Dos láminas esféricas, a cada lado de las puertas de la ranura de observación, se deslizan frente a la abertura del telescopio para restringir el viento.
El diseño de la cúpula garantiza que la ventilación sea suficiente para que el telescopio no se vea limitado por la visibilidad en la cúpula . Para ello, la cúpula también está equipada con rejillas de ventilación, por lo que el parabrisas está diseñado para permitirles cumplir su función.
Se están realizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional y trabajos en túnel de viento para estudiar el flujo de aire dentro y alrededor de la cúpula, así como la eficacia de la cúpula y el parabrisas para proteger el telescopio.
Además de estar diseñado para ser hermético al agua, la hermeticidad también es uno de los requisitos, ya que es fundamental para minimizar la carga del aire acondicionado. El aire acondicionado de la cúpula es necesario no solo para preparar térmicamente el telescopio para la noche siguiente, sino también para mantener limpia la óptica del telescopio.
El aire acondicionado del telescopio durante el día es fundamental y las especificaciones actuales permiten que la cúpula enfríe el telescopio y el volumen interno en 10 °C (18 °F) durante 12 horas.
El ELT buscará planetas extrasolares (planetas que orbitan otras estrellas). Esto incluirá no solo el descubrimiento de planetas con masas similares a la de la Tierra mediante mediciones indirectas del movimiento oscilatorio de las estrellas perturbadas por los planetas que orbitan alrededor de ellas, sino también la obtención de imágenes directas de planetas más grandes y posiblemente incluso la caracterización de sus atmósferas. [60] El telescopio intentará obtener imágenes de exoplanetas similares a la Tierra . [2]
Además, el conjunto de instrumentos del ELT permitirá a los astrónomos investigar las primeras etapas de la formación de los sistemas planetarios y detectar agua y moléculas orgánicas en los discos protoplanetarios que rodean a las estrellas en formación. De este modo, el ELT responderá a preguntas fundamentales sobre la formación y evolución de los planetas. [6]
Al explorar los objetos más distantes, el ELT proporcionará pistas para comprender la formación de los primeros objetos que se formaron: estrellas primordiales, galaxias primordiales y agujeros negros, y sus relaciones. Los estudios de objetos extremos como los agujeros negros se beneficiarán de la potencia del ELT para obtener más información sobre los fenómenos dependientes del tiempo vinculados con los diversos procesos que se producen alrededor de los objetos compactos. [60]
El ELT está diseñado para realizar estudios detallados de las primeras galaxias. Las observaciones de estas galaxias tempranas con el ELT proporcionarán pistas que ayudarán a entender cómo se forman y evolucionan estos objetos. Además, el ELT será una herramienta única para hacer un inventario del contenido cambiante de los diversos elementos del Universo a lo largo del tiempo y para entender la historia de la formación de estrellas en las galaxias. [61]
Uno de los objetivos del ELT es la posibilidad de realizar una medición directa de la aceleración de la expansión del Universo. Tal medición tendría un impacto importante en nuestra comprensión del Universo. El ELT también buscará posibles variaciones en las constantes físicas fundamentales a lo largo del tiempo. Una detección inequívoca de tales variaciones tendría consecuencias de largo alcance para nuestra comprensión de las leyes generales de la física. [61]
El telescopio contará con varios instrumentos científicos y podrá cambiar de un instrumento a otro en cuestión de minutos. El telescopio y la cúpula también podrán cambiar de posición en el cielo y comenzar una nueva observación en poco tiempo.
Cuatro de sus instrumentos, los de primera generación, estarán disponibles al amanecer o poco después, mientras que otros dos empezarán a funcionar más tarde. A lo largo de su funcionamiento se podrán instalar otros instrumentos. [63]
La primera generación incluye cuatro instrumentos: MICADO, HARMONI y METIS, junto con el sistema de óptica adaptativa MORFEO.
La segunda generación de instrumentos está formada por MOSAIC y ANDES.
Uno de los telescopios ópticos más grandes que operan hoy en día es el Gran Telescopio Canarias , con una apertura de 10,4 metros (34 pies) y un área de recolección de luz de 74 m2 ( 800 pies cuadrados). Otros telescopios extremadamente grandes planificados incluyen el Telescopio Gigante de Magallanes con un diámetro de espejo de 25 m (82 pies) y un área de 368 m2 ( 3960 pies cuadrados), y el Telescopio de Treinta Metros con un diámetro de 30 m (98 pies), y un área de 655 m2 ( 7050 pies cuadrados). Ambos también apuntan a la segunda mitad de la década de 2020 para su finalización. Estos otros dos telescopios pertenecen aproximadamente a la misma próxima generación de telescopios ópticos terrestres. [70] [71] Cada diseño es mucho más grande que los telescopios anteriores. [2]
El tamaño del ELT se ha reducido con respecto a su diseño original. Incluso con esa reducción, el ELT es significativamente más grande que los otros dos telescopios extremadamente grandes planeados. [2] Su objetivo es observar el universo con mayor detalle que el telescopio espacial Hubble al tomar imágenes 15 veces más nítidas, aunque está diseñado para ser complementario a los telescopios espaciales, que normalmente tienen un tiempo de observación disponible muy limitado. [25] El espejo secundario de 4,2 metros del ELT tiene el mismo tamaño que el espejo primario del telescopio William Herschel , el segundo telescopio óptico más grande de Europa.
En condiciones ideales, el ELT tiene una resolución angular de 0,005 segundos de arco , lo que corresponde a separar dos fuentes de luz a 1 UA de distancia a 200 pc (650 ly), o dos fuentes de luz a 30 cm (12 in) de distancia aproximadamente a 12 000 km (7500 mi). A 0,03 segundos de arco, se espera que el contraste sea de 10 8 , suficiente para buscar exoplanetas. [74] El ojo humano sin ayuda tiene una resolución angular de 1 minuto de arco, lo que corresponde a separar dos fuentes de luz a 30 cm de distancia a 1 km. [ cita requerida ]
