El VISTA ( Telescopio de rastreo astronómico visible e infrarrojo ) 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 y comenzó 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, y la suscripción la paga el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido (STFC). [2]
VISTA es un telescopio de rastreo que trabaja en longitudes de onda infrarrojas y es, con diferencia, el telescopio más grande del mundo dedicado a estudiar el cielo en longitudes de onda del infrarrojo cercano. [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 de 2400 objetos , para su instalación alrededor de 2022.
Observar 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 están fríos, oscurecidos por nubes de polvo o porque su luz se ha extendido hacia longitudes de onda más rojas debido a la expansión del espacio. durante el largo viaje de la luz desde el Universo temprano. [2]
VISTA está llevando a cabo estudios del cielo del sur en longitudes de onda cercanas al infrarrojo . Estos estudios deberían arrojar 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) del Telescopio Infrarrojo del Reino Unido en Hawaii realiza estudios infrarrojos del cielo del norte, y el Telescopio de rastreo VLT en Chile realiza estudios del cielo del sur en luz visible.
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El proyecto fue iniciado en 1999 por el Consorcio VISTA [4] de 18 universidades del Reino Unido , que obtuvo financiación de un fondo de infraestructura conjunto del gobierno del Reino Unido y financiación adicional del Consejo de Investigación de Astronomía y Física de Partículas . 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 que asumiera 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 tarifa de inscripción. Luego, el consorcio completó la construcción y puesta en servicio del telescopio, y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (en nombre del Reino Unido) entregó el telescopio a ESO, para 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, que van desde la naturaleza de la energía oscura hasta la amenaza de los asteroides cercanos a la Tierra. [2]
VISTA lleva a cabo seis grandes estudios públicos: UltraVISTA, VISTA Kilo-Degree Infrarrojo Galaxy Survey (VIKING), VISTA Magellanic Survey (VMC), VISTA Variables in the Via Lactea (VVV), VISTA Hemisphere Survey (VHS), VISTA Deep Encuesta de observaciones extragalácticas (VIDEO). Estos ocuparán la mayor parte del tiempo de observación durante los primeros cinco años de funcionamiento del telescopio. Los estudios cubren diferentes áreas del cielo a diferentes profundidades para abordar una amplia gama de cuestiones científicas. [8] Puede encontrar más información sobre cada una de las encuestas de VISTA en el sitio web de ESO — VISTA Surveys y en la página web de ESO — Public Surveys Projects.
Como VISTA es un telescopio grande que también tiene un gran campo de visión, puede detectar fuentes débiles y también cubrir amplias áreas del cielo rápidamente. Cada imagen de VISTA captura una sección del cielo que cubre aproximadamente diez veces el área de la Luna llena y será capaz de detectar y catalogar objetos en todo el cielo del sur con una sensibilidad cuarenta veces mayor que la lograda con estudios anteriores del cielo infrarrojo como como el exitoso estudio Two Micron All-Sky Survey. Este salto en el poder de observación, comparable al paso en sensibilidad del ojo humano al primer telescopio de Galileo, revelará una gran cantidad de nuevos objetos 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. Dentro de nuestra galaxia, se espera que VISTA encuentre muchas nuevas estrellas enanas marrones y pueda probar ideas sobre la naturaleza de la materia oscura. Un estudio 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. Utilizando los datos de VISTA, los astrónomos podrán mapear la estructura de nuestra galaxia con mucho más detalle que nunca. Otro estudio 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 adelante, VISTA será una poderosa herramienta para descubrir quásares 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 , concretamente 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 con formación de estrellas en la familiar constelación de Orión (el Cazador) y sus alrededores. En luz visible, el núcleo del objeto está oculto detrás de espesas nubes de polvo, pero la imagen de VISTA, tomada en longitudes de onda infrarrojas, puede penetrar la oscuridad y revelar el cúmulo de estrellas jóvenes y calientes escondido en su interior. El amplio campo de visión de la cámara VISTA también captura el brillo de NGC 2023 y la forma fantasmal de la famosa Nebulosa Cabeza de Caballo. [3]
Otras impresionantes imágenes 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), situada a unos 1.350 años luz de la Tierra, tomada con el telescopio de rastreo infrarrojo VISTA en el Observatorio Paranal de ESO en Chile. El enorme campo de visión del telescopio permite visualizar toda la nebulosa y sus alrededores en una sola imagen y su visión infrarroja también significa que puede mirar profundamente en 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 estudio VVV. Muestra la guardería estelar llamada Nebulosa de la Laguna (también conocida como Messier 8), que se encuentra a unos 4.000-5.000 años luz de distancia, en la constelación de Sagitario (el Arquero). [13]
VISTA también puede mirar 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, incluida la sorprendente 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 del infrarrojo cercano de el espectro y ha capturado a muchos de los miembros del grupo en una sola imagen. En la parte inferior derecha está la elegante galaxia espiral barrada NGC 1365 y a la izquierda la gran elíptica NGC 1399, rodeada por un enjambre de débiles cúmulos globulares. La imagen tiene aproximadamente 1 grado por 1,5 grados de extensión 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 condujo a un diseño óptico único. El espejo primario es un hiperboloide cóncavo con 4,1 m de diámetro y una relación focal de aproximadamente f/1 . El espejo tiene forma de menisco de 17 cm de espesor con un orificio central de 1,2 m para alojar la cámara en el enfoque Cassegrain . Fue fundido en Zerodur por Schott en Alemania y posteriormente pulido y modelado por LZOS, Moscú . Es el espejo más grande de esta forma y de relación focal tan corta; El pulido tardó 2 años, más de lo previsto. [6] [15] El espejo está sostenido 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 de este un diseño casi Ritchey-Chrétien . La relación focal combinada es de aproximadamente f/3, pero la calidad de imagen de los dos espejos por sí solos sería pobre. [16] El espejo secundario está montado sobre un soporte hexápodo de modo que su posición, inclinación e inclinación 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 proyectar una imagen enfocada del cielo en los detectores.
Para una cámara infrarroja, también es vital bloquear la radiación de calor del telescopio y la cúpula. Esto se logra mediante una secuencia de deflectores enfriados frente a las lentes correctoras de campo. Además, el espejo secundario es de tamaño insuficiente para evitar que los detectores de borde vean la estructura cálida fuera del borde del primario; esto significa que la apertura vista por 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 tanto los detectores como los deflectores, tenga más de 2 m de largo y 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 infrarroja particular. [18]
En un área correspondiente a 1,65° de diámetro en el cielo, el plano de la imagen tiene 16 conjuntos de detectores de 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 focal La longitud de 12,1 m se combina con la apertura desconcertada de 3,7 m para una relación focal de 3,26. Los conjuntos están separados por el 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 y obtener una imagen convencional, se deben combinar al menos seis huellas de patas desplazadas en un "mosaico", que luego mide 1,5° por 1,0°. El plano de la imagen del 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 en todas las altitudes . [18]
La cima del cerro donde se ubica VISTA fue aplanada para levantar el edificio de cerramiento y un edificio auxiliar. El edificio auxiliar incluye instalaciones para lavar, decapar y recubrir el espejo principal. El revestimiento puede ser de aluminio o normalmente de plata protegida para un mejor rendimiento de los infrarrojos. [15] La base fija del recinto soporta la cúpula de acero giratoria. Dos puertas correderas forman la hendidura de la cúpula. Se pueden abrir más paneles de cúpula para aumentar la ventilación y se puede desplegar un protector contra el viento para cerrar partes de la rendija. Durante el día, la cúpula se mantiene a la temperatura nocturna. [19]
Una vez finalizado, el telescopio fue entregado a ESO, que seleccionó seis estudios públicos para VISTA, ocupando el 75% del tiempo de observación disponible. Se proponen a ESO estudios exclusivos para ocupar el tiempo restante, que programará las propuestas aprobadas para su observación. [21] Las observaciones son realizadas por 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 dan como resultado una alta velocidad de datos de 200 a 300 GB por noche. Se utilizará una reducción rápida en el Observatorio Paranal para el control de calidad diario, pero el principal flujo de datos es transferir los datos sin procesar a la sede de ESO en Garching, cerca de Munich , Alemania , para su incorporación al archivo de datos. Los usuarios pueden extraer huellas de patas (ver arriba) y pasarlas a través de un tubo de calibración para eliminar artefactos instrumentales y calibrar la astrometría y la fotometría. Los datos de archivo también se copiarán al VISTA Data Flow System en el Reino Unido, donde las huellas se combinarán en mosaicos (ver arriba) y donde se prepararán catálogos fuente a partir de ellos. [19] [21]
