El VISTA ( Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy ) es un telescopio reflector de campo amplio con un espejo de 4,1 metros, ubicado en el Observatorio Paranal en Chile . Es operado por el Observatorio Europeo Austral e inició sus operaciones científicas en diciembre de 2009. VISTA fue concebido y desarrollado por un consorcio de universidades del Reino Unido liderado por la Universidad Queen Mary de Londres [1] y se convirtió en una contribución en especie a ESO como parte del acuerdo de adhesión del Reino Unido, con la suscripción pagada por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido (STFC). [2]
VISTA es un telescopio de sondeo que trabaja en longitudes de onda infrarrojas y es, con diferencia, el mayor telescopio del mundo dedicado a sondear el cielo en longitudes de onda cercanas al infrarrojo. [2] El telescopio tiene un solo instrumento: VIRCAM, la Vista InfraRed CAMera. Se trata de una cámara de 3 toneladas que contiene 16 detectores especiales sensibles a la luz infrarroja, con un total combinado de 67 millones de píxeles. [3]
Se está desarrollando un instrumento de segunda generación llamado 4MOST, un espectrógrafo multiobjeto alimentado por fibra con capacidad para 2400 objetos , que se instalará alrededor de 2022.
La observación en longitudes de onda más largas que las visibles para el ojo humano permite a VISTA estudiar objetos que pueden ser casi imposibles de ver en luz visible porque son fríos, están oscurecidos por nubes de polvo o porque su luz se ha estirado hacia longitudes de onda más rojas por la expansión del espacio durante el largo viaje de la luz desde el Universo primitivo. [2]
VISTA está realizando sondeos del cielo austral en longitudes de onda cercanas al infrarrojo . Estos sondeos deberían proporcionar resultados científicos directos y ayudar a seleccionar objetos para estudios posteriores con telescopios más grandes. Hay dos proyectos relacionados: la cámara de campo amplio (WFCAM) en el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido en Hawai realiza sondeos infrarrojos del cielo del norte, y el Telescopio de Sondeo VLT en Chile realiza sondeos del cielo austral en luz visible.
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El proyecto fue iniciado en 1999 por el Consorcio VISTA [4] de 18 universidades del Reino Unido (RU), que obtuvo financiación de un fondo de infraestructura conjunto del gobierno del Reino Unido y financiación adicional del Consejo de Investigación de Física de Partículas y Astronomía . El proyecto está valorado en 46 millones de euros (36 millones de libras esterlinas). [5] [6]
Después de considerar varios sitios en Chile , el consorcio eligió el Observatorio Paranal del Observatorio Europeo Austral (ESO), es decir, un pico secundario a 1.500 m del Very Large Telescope (VLT). El consorcio seleccionó al Centro de Tecnología Astronómica del Reino Unido para asumir la responsabilidad técnica del diseño y la construcción del telescopio. Dos años más tarde, en 2002, el Reino Unido se unió a ESO y VISTA se convirtió en un componente en especie de la cuota de adhesión. Luego, el consorcio completó la construcción y la puesta en servicio del telescopio, y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas , en nombre del Reino Unido, entregó el telescopio a ESO, para el beneficio de los astrónomos de todos sus países miembros. [3] [7]
Los objetivos científicos de los estudios VISTA, que comenzaron en 2010, incluyen muchos de los problemas más apasionantes de la astrofísica actual, desde la naturaleza de la energía oscura hasta la amenaza de los asteroides cercanos a la Tierra. [2]
VISTA está llevando a cabo seis grandes sondeos públicos: UltraVISTA, VISTA Kilo-Degree Infrared Galaxy Survey (VIKING), VISTA Magellanic Survey (VMC), VISTA Variables in the Via Lactea (VVV), VISTA Hemisphere Survey (VHS) y VISTA Deep Extragalactic Observations Survey (VIDEO). Estos sondeos ocuparán la mayor parte del tiempo de observación en los primeros cinco años de operaciones del telescopio. Los sondeos cubren diferentes áreas del cielo a diferentes profundidades para abordar una amplia gama de cuestiones científicas. [8] Puede encontrar más información sobre cada uno de los sondeos VISTA en el sitio web de ESO — VISTA Surveys y en la página web de ESO — Public Surveys Projects.
Como VISTA es un telescopio de gran tamaño que también tiene un gran campo de visión, puede detectar fuentes débiles y también cubrir rápidamente amplias áreas del cielo. Cada imagen de VISTA captura una sección del cielo que cubre aproximadamente diez veces el área de la Luna llena y podrá detectar y catalogar objetos en todo el cielo austral con una sensibilidad cuarenta veces mayor que la lograda con estudios del cielo infrarrojos anteriores, como el exitoso Two Micron All-Sky Survey. Este salto en el poder de observación, comparable al paso en sensibilidad desde el ojo desnudo hasta el primer telescopio de Galileo, revelará una gran cantidad de objetos nuevos y permitirá la creación de inventarios mucho más completos de objetos raros y exóticos en el cielo austral. [3]
Las observaciones de VISTA respaldarán la investigación en muchas áreas astronómicas. Se espera que VISTA encuentre muchas nuevas estrellas enanas marrones dentro de nuestra galaxia y que pueda poner a prueba ideas sobre la naturaleza de la materia oscura. Uno de los sondeos de VISTA está diseñado para encontrar y estudiar una gran cantidad de estrellas variables en nuestra galaxia tomando imágenes de las mismas áreas del cielo en diferentes momentos. Con los datos de VISTA, los astrónomos podrán cartografiar la estructura de nuestra galaxia con mucho más detalle que nunca. Otro sondeo de VISTA estudiará nuestras pequeñas galaxias vecinas, las Nubes de Magallanes, y sus alrededores. Los datos de VISTA también se utilizarán para crear un mapa 3D de aproximadamente el 5% de todo el Universo observable. Más allá, VISTA será una poderosa herramienta para descubrir cuásares remotos y estudiar la evolución de galaxias y cúmulos de galaxias. Ayudará a investigar la naturaleza de la energía oscura al encontrar cúmulos de galaxias muy distantes. [9] Las mediciones infrarrojas del estudio astronómico VVV se han empleado para reforzar la escala de distancias cósmicas , en particular proporcionando distancias fiables a cúmulos de estrellas y estrellas variables cefeidas . [10] [11]
La primera imagen publicada (izquierda) muestra la Nebulosa de la Llama (NGC 2024), una espectacular nube de gas y polvo en la que se forman estrellas en la conocida constelación de Orión (el Cazador) y sus alrededores. En luz visible, el núcleo del objeto está oculto tras espesas nubes de polvo, pero la imagen de VISTA, tomada en longitudes de onda infrarrojas, puede penetrar en la oscuridad y revelar el cúmulo de estrellas jóvenes y calientes que se esconde en su interior. El amplio campo de visión de la cámara VISTA también captura el resplandor de NGC 2023 y la forma fantasmal de la famosa Nebulosa Cabeza de Caballo. [3]
Otras imágenes impresionantes de nebulosas incluyen las vistas VISTA de la Nebulosa de Orión y la Nebulosa de la Laguna . La imagen de la derecha es una vista de campo amplio de la Nebulosa de Orión (Messier 42), que se encuentra a unos 1350 años luz de la Tierra, tomada con el telescopio de sondeo infrarrojo VISTA en el Observatorio Paranal de ESO en Chile. El enorme campo de visión del telescopio permite obtener imágenes de toda la nebulosa y sus alrededores en una sola imagen y su visión infrarroja también significa que puede observar profundamente las regiones polvorientas normalmente ocultas y revelar las curiosas travesuras de las estrellas jóvenes muy activas enterradas allí. [12] A la izquierda se ve una imagen de la "Laguna Azul" (debajo de la imagen de la Nebulosa de la Llama): es una imagen infrarroja tomada como parte del sondeo VVV. Muestra la guardería estelar llamada Nebulosa de la Laguna (también conocida como Messier 8), que se encuentra a unos 4000-5000 años luz de distancia en la constelación de Sagitario (el Arquero). [13]
VISTA también puede observar mucho más allá de nuestra galaxia. En el ejemplo de la izquierda (debajo de la imagen de la Nebulosa de Orión), el telescopio tomó una fotografía familiar de un cúmulo de galaxias en la constelación de Fornax (el Horno Químico). El amplio campo permite capturar muchas galaxias en una sola imagen, incluyendo la sorprendente galaxia espiral barrada NGC 1365 y la gran galaxia elíptica NGC 1399. La imagen se construyó a partir de imágenes tomadas a través de filtros Z, J y Ks en la parte cercana al infrarrojo del espectro y ha capturado a muchos de los miembros del cúmulo en una sola imagen. En la parte inferior derecha se encuentra la elegante galaxia espiral barrada NGC 1365 y a la izquierda la gran galaxia elíptica NGC 1399, rodeadas por un enjambre de tenues cúmulos globulares. La imagen tiene una extensión de aproximadamente 1 grado por 1,5 grados y el tiempo total de exposición fue de 25 minutos. [14]
El objetivo de obtener imágenes repetidas de grandes áreas del cielo con una resolución limitada por la visibilidad condujo a un diseño óptico único. El espejo primario es un hiperboloide cóncavo con un diámetro de 4,1 m y una relación focal de f/1 . El espejo tiene forma de menisco de 17 cm de espesor con un orificio central de 1,2 m para acomodar la cámara en el foco Cassegrain . Fue fundido a partir de Zerodur por Schott en Alemania y posteriormente pulido y modelado por LZOS, Moscú . Es el espejo más grande de esta forma y con una relación focal tan corta; pulirlo llevó 2 años, lo que fue más de lo previsto. [6] [15] El espejo está soportado por una serie de actuadores (81 en la parte posterior y 24 alrededor del borde), que permiten que su forma sea controlada por computadoras.
El espejo secundario es un hiperboloide convexo de 1,24 m de diámetro. La combinación de los dos espejos hiperbólicos hace que este sea un diseño cuasi Ritchey-Chrétien . La relación focal combinada es de aproximadamente f/3, pero la calidad de imagen de los dos espejos por separado sería deficiente. [16] El espejo secundario está montado sobre un soporte hexápodo de modo que su posición, inclinación y punta también están controladas por computadora.
La cámara infrarroja fue construida por un consorcio compuesto por el Laboratorio Rutherford Appleton , el Centro de Tecnología Astronómica del Reino Unido y la Universidad de Durham [17] y es la más grande del mundo con casi tres toneladas. El telescopio y la cámara forman un único diseño óptico, ya que las tres lentes de corrección de campo de la cámara son esenciales para la proyección de una imagen enfocada del cielo en los detectores.
En el caso de una cámara infrarroja, también es vital bloquear la radiación térmica del telescopio y la cúpula. Esto se logra mediante una secuencia de deflectores refrigerados delante de las lentes correctoras de campo. Además, el espejo secundario es de tamaño reducido para evitar que los detectores de borde vean la estructura caliente fuera del borde del primario; esto significa que la apertura vista desde cualquier punto en el plano de la imagen es de 3,7 m. Este diseño requiere que el criostato de vacío de la cámara (que enfría los detectores y los deflectores) tenga más de 2 m de largo, con una ventana frontal de 95 cm de diámetro. Una rueda de filtros justo delante de los detectores permite la selección de un rango de longitud de onda de infrarrojos particular. [18]
En un área correspondiente a un diámetro de 1,65° en el cielo, el plano de imagen tiene 16 conjuntos de detectores infrarrojos, [16] cada conjunto con 2048x2048 píxeles de 20 μm de tamaño, lo que corresponde en promedio a 0,34" en el cielo. [18] La longitud focal de 12,1 m se combina con la apertura con deflectores de 3,7 m para obtener una relación focal de 3,26. Los conjuntos están separados por un 90% de su ancho en una dirección y por poco menos del 50% de su ancho en la otra dirección. Por lo tanto, una sola exposición corresponde a una "huella de pata" irregular en el cielo. Para llenar los espacios vacíos y obtener una imagen convencional, se deben combinar al menos seis huellas de pata desplazadas en un "mosaico", que entonces tiene 1,5° por 1,0°. El plano de imagen de la cámara también tiene detectores de frente de onda que se utilizan para controlar la forma del espejo primario y la posición y la inclinación del espejo secundario ( óptica activa ). Esto Compensa la flexión y garantiza una imagen enfocada a todas las altitudes . [18]
La cima de la colina donde se encuentra VISTA se aplanó para erigir el edificio del recinto y un edificio auxiliar. El edificio auxiliar incluye instalaciones para lavar, decapar y recubrir el espejo primario. El revestimiento puede ser de aluminio o, normalmente, de plata protegida para un mejor rendimiento infrarrojo. [15] La base fija del recinto sostiene la cúpula de acero giratoria. Dos puertas corredizas forman la ranura de la cúpula. Se pueden abrir más paneles de la cúpula para aumentar la ventilación y se puede desplegar un paravientos para cerrar partes de la ranura. Durante el día, la cúpula se mantiene a la temperatura de la noche. [19]
Una vez finalizado, el telescopio fue entregado a ESO, que ha seleccionado seis sondeos públicos para VISTA, que ocupan el 75% del tiempo de observación disponible. Se proponen sondeos propios para ocupar el tiempo restante a ESO, que programará las propuestas de observación aprobadas. [21] Las observaciones las llevan a cabo los operadores en el Observatorio Paranal , de forma remota desde el edificio de control del VLT . [19]
La combinación del gran conjunto de detectores y las exposiciones cortas y frecuentes necesarias en longitudes de onda infrarrojas da como resultado una alta tasa de datos de 200–300 GB por noche. Se utilizará una reducción rápida en el Observatorio Paranal para el control de calidad diario, pero el flujo de datos principal es transferir los datos brutos a la sede de ESO en Garching, cerca de Múnich , Alemania , para su incorporación al archivo de datos. Los usuarios pueden extraer huellas de patas (ver arriba) y pasarlas a través de un conducto de calibración para eliminar artefactos instrumentales y calibrar la astrometría y la fotometría. Los datos del archivo también se copiarán al Sistema de Flujo de Datos VISTA en el Reino Unido, donde las huellas de patas se combinarán en mosaicos (ver arriba) y donde se prepararán catálogos de fuentes a partir de ellos. [19] [21]
