El Observatorio WM Keck es un observatorio astronómico con dos telescopios a una altura de 4.145 metros (13.600 pies) cerca de la cumbre de Mauna Kea en el estado estadounidense de Hawaii . Ambos telescopios tienen espejos primarios de apertura de 10 m (33 pies) y, cuando se completaron en 1993 (Keck I) y 1996 (Keck II), eran los telescopios ópticos reflectores más grandes del mundo. Actualmente son el tercero y cuarto más grande.
Descripción general
Con un concepto propuesto por primera vez en 1977, los diseñadores de telescopios Terry Mast, de la Universidad de California, Berkeley , y Jerry Nelson, del Laboratorio Lawrence Berkeley, habían estado desarrollando la tecnología necesaria para construir un gran telescopio terrestre. [1] En 1985, Howard B. Keck de la Fundación WM Keck donó 70 millones de dólares para financiar la construcción del telescopio Keck I, que comenzó en septiembre de 1985. La primera luz se produjo el 24 de noviembre de 1990, utilizando 9 de los 36 segmentos finales. . Cuando la construcción del primer telescopio estaba muy avanzada, otras donaciones permitieron la construcción de un segundo telescopio a partir de 1991. El telescopio Keck I comenzó las observaciones científicas en mayo de 1993, mientras que la primera luz del Keck II se produjo el 23 de octubre de 1996.
El telescopio Keck II que muestra el espejo primario segmentado.
El avance clave que permitió la construcción de los telescopios Keck fue el uso de óptica activa para operar segmentos de espejo más pequeños como un espejo único y contiguo. Un espejo de tamaño similar fabricado con una sola pieza de vidrio no podría hacerse lo suficientemente rígido como para mantener su forma con precisión; se hundería microscópicamente bajo su propio peso al girarlo en diferentes posiciones, provocando aberraciones en la trayectoria óptica. En los telescopios Keck, cada espejo primario está formado por 36 segmentos hexagonales que trabajan juntos como una unidad. Cada segmento mide 1,8 metros de ancho y 7,5 centímetros de espesor y pesa media tonelada. [2] Los espejos fueron fabricados en Lexington, Massachusetts , por Itek Optical Systems de la vitrocerámica Zerodur de la empresa alemana Schott AG . [3] [4] En el telescopio, cada segmento se mantiene estable mediante un sistema de óptica activa , que utiliza estructuras de soporte extremadamente rígidas en combinación con tres actuadores debajo de cada segmento. Durante la observación, el sistema de sensores y actuadores controlado por computadora ajusta dinámicamente la posición de cada segmento en relación con sus vecinos, manteniendo una precisión de la forma de la superficie de cuatro nanómetros . A medida que el telescopio se mueve, este ajuste de dos veces por segundo contrarresta los efectos de la gravedad y otros efectos ambientales y estructurales que pueden afectar la forma del espejo.
Cada telescopio Keck se asienta sobre una montura altazimutal . La mayoría de los telescopios actuales de clase de 8 a 10 m utilizan diseños altazimutales por sus requisitos estructurales reducidos en comparación con los diseños ecuatoriales más antiguos . El montaje altazimutal proporciona la mayor resistencia y rigidez con la menor cantidad de acero, lo que, para el Observatorio Keck, suma alrededor de 270 toneladas por telescopio, lo que eleva el peso total de cada telescopio a más de 300 toneladas. Dos diseños propuestos para los telescopios de 30 y 40 m de próxima generación utilizan la misma tecnología básica iniciada en el Observatorio Keck: un conjunto de espejos hexagonales acoplados con una montura altazimutal.
Cada uno de los dos telescopios tiene un espejo primario de 10 metros (32,8 pies o 394 pulgadas), un poco más pequeño que el Gran Telescopio Canarias . Sin embargo, toda la luz recogida por los espejos primarios de Keck (75,76 m 2 ) se envía al espejo secundario y a los instrumentos, en comparación con el espejo primario de GTC, que tiene un área efectiva de recogida de luz de 73,4 m 2 , o 2,36 m 2 ( 25,4 pies cuadrados) menos que cada uno de los espejos primarios Keck. Debido a esta diferencia fundamental de diseño, se puede decir que los telescopios Keck siguen siendo los telescopios óptico-infrarrojos orientables más grandes de la Tierra.
Los telescopios están equipados con un conjunto de cámaras y espectrómetros que permiten observaciones en gran parte del espectro visible e infrarrojo cercano.
Gestión
El Observatorio Keck es administrado por la Asociación de California para la Investigación en Astronomía, una organización sin fines de lucro 501(c)(3) cuya junta directiva incluye representantes de Caltech y la Universidad de California . La construcción de los telescopios fue posible gracias a subvenciones privadas de más de 140 millones de dólares de la Fundación WM Keck . La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) se unió a la asociación en octubre de 1996, cuando el Keck II inició las observaciones.
El tiempo de uso del telescopio lo asignan las instituciones asociadas. Caltech, el Sistema de la Universidad de Hawaii y la Universidad de California aceptan propuestas de sus propios investigadores; La NASA acepta propuestas de investigadores con sede en Estados Unidos.
Jerry Nelson , científico del proyecto del Telescopio Keck, contribuyó a proyectos posteriores de múltiples espejos hasta su muerte en junio de 2017. Concibió una de las innovaciones de los Keck, una superficie reflectante de múltiples segmentos delgados que actúa como un espejo. [5]
Instrumentos
Primer plano del Observatorio KeckCapacidades espectroscópicas de los instrumentos del Observatorio Keck a finales de 2019. Los modos de los instrumentos aparecen como cuadros codificados por colores con resolución espectral (poder de resolución) y cobertura de longitud de onda. No se muestran instrumentos no espectroscópicos (es decir, solo de imágenes).
MOSFIRE
MOSFIRE ( espectrómetro multiobjeto para exploración infrarroja ), [6] un instrumento de tercera generación, fue entregado al Observatorio Keck el 8 de febrero de 2012; La primera luz se obtuvo el 4 de abril de 2012 con el telescopio Kecks I. Una cámara espectrográfica de campo amplio multiobjeto para el infrarrojo cercano (0,97 a 2,41 μm), cuya característica especial es su unidad de hendidura configurable (CSU) criogénica, que se reconfigurable por control remoto en menos de seis minutos sin ningún ciclo térmico. Las barras se mueven desde cada lado para formar hasta 46 rendijas cortas. Cuando se eliminan las barras, MOSFIRE se convierte en un generador de imágenes de campo amplio. Fue desarrollado por equipos de la Universidad de California, Los Ángeles ( UCLA ), el Instituto de Tecnología de California ( Caltech ) y la Universidad de California, Santa Cruz , (UCSC). Sus investigadores co-principales son Ian S. McLean ( UCLA ) y Charles C. Steidel (Caltech), y el proyecto fue dirigido por el director del programa de instrumentos WMKO, Sean Adkins. MOSFIRE fue financiado en parte por el Programa de Instrumentación del Sistema Telescópico (TSIP), operado por AURA y financiado por la Fundación Nacional de Ciencias; y por una donación privada a WMKO por parte de Gordon y Betty Moore. [7]
DEIMOS
El espectrógrafo multiobjeto de imágenes extragalácticas profundas es capaz de recopilar espectros de 130 galaxias o más en una sola exposición. En el modo "Mega Máscara", DEIMOS puede tomar espectros de más de 1200 objetos a la vez, utilizando un filtro especial de banda estrecha.
CONTRATACIONES
El espectrómetro Echelle de alta resolución, el más grande y mecánicamente más complejo de los principales instrumentos del Observatorio Keck, descompone la luz entrante en los colores que la componen para medir la intensidad precisa de cada uno de los miles de canales de color. Sus capacidades espectrales han dado lugar a muchos descubrimientos revolucionarios, como la detección de planetas fuera de nuestro sistema solar y evidencia directa de un modelo de la teoría del Big Bang . La precisión de la velocidad radial es de hasta un metro por segundo (1,0 m/s). [8] El límite de detección del instrumento a 1 AU es 0,2 MJ . [9]
El espectrógrafo de imágenes de baja resolución es un instrumento de luz tenue capaz de tomar espectros e imágenes de los objetos conocidos más distantes del universo. El instrumento está equipado con un brazo rojo y un brazo azul para explorar poblaciones estelares de galaxias distantes, núcleos galácticos activos , cúmulos galácticos y quásares .
LWS
El espectrómetro de longitud de onda larga para el telescopio Keck I es un espectrómetro de rejilla de imágenes que funciona en el rango de longitud de onda de 3 a 25 micrones. Al igual que NIRC, el LWS era un instrumento CASS avanzado y se utilizaba para estudiar objetos cometarios, planetarios y extragalácticos. El LWS ahora está retirado de las observaciones científicas.
NIRC
La cámara de infrarrojo cercano del telescopio Keck I es tan sensible que podría detectar el equivalente a la llama de una sola vela en la Luna . Esta sensibilidad lo hace ideal para estudios ultraprofundos de formación y evolución galáctica, la búsqueda de protogalaxias e imágenes de entornos de cuásares. Ha proporcionado estudios innovadores del Centro Galáctico y también se utiliza para estudiar discos protoplanetarios y regiones de formación de estrellas de gran masa . NIRC se retiró de las observaciones científicas en 2010.
NIRC-2
La cámara de infrarrojo cercano de segunda generación funciona con el sistema Keck Adaptive Optics para producir espectroscopía e imágenes terrestres de la más alta resolución en el rango de 1 a 5 micrómetros (μm). Los programas típicos incluyen mapear características de la superficie de los cuerpos del Sistema Solar , buscar planetas alrededor de otras estrellas y analizar la morfología de galaxias remotas.
NIRES
El espectrómetro Echellette de infrarrojo cercano es un espectrógrafo que proporciona cobertura simultánea de longitudes de onda de 0,94 a 2,45 micrones .
El espectrógrafo de imágenes infrarrojas con supresión de OH es un espectrógrafo de infrarrojo cercano para usar con el sistema de óptica adaptativa Keck I. OSIRIS toma espectros en un pequeño campo de visión para proporcionar una serie de imágenes en diferentes longitudes de onda. El instrumento permite a los astrónomos ignorar las longitudes de onda en las que la atmósfera terrestre brilla intensamente debido a las emisiones de moléculas de OH ( hidroxilo ), permitiendo así la detección de objetos 10 veces más débiles que los disponibles anteriormente. Instalado originalmente en Keck II, en enero de 2012 OSIRIS se trasladó al telescopio Keck I.
Interferómetro Keck
El interferómetro permitió que la luz de ambos telescopios Keck se combinara en un interferómetro óptico de infrarrojo cercano de línea base de 85 metros (279 pies) . Esta larga línea de base le dio al interferómetro una resolución angular efectiva de 5 milisegundos de arco (mas) a 2,2 µm y 24 mas a 10 µm. Varios instrumentos de back-end permitieron que el interferómetro funcionara en una variedad de modos, operando en las bandas H, K y L del infrarrojo cercano, además de anular la interferometría . A mediados de 2012, el interferómetro Keck se suspendió por falta de financiación.
Ambos telescopios del Observatorio Keck están equipados con óptica adaptativa de estrella guía láser , que compensa la borrosidad provocada por la turbulencia atmosférica . El equipo es el primer sistema AO operativo en un telescopio grande y se ha actualizado constantemente para ampliar su capacidad.
Izquierda : La cumbre de Mauna Kea se considera uno de los sitios de observación astronómica más importantes del mundo. Los telescopios gemelos Keck se encuentran entre los instrumentos ópticos/de infrarrojo cercano más grandes que se utilizan actualmente en todo el mundo. Centro : El cielo nocturno y el láser del Observatorio Keck para óptica adaptativa. Derecha : Observatorio WM Keck al atardecer
^ "In Memoriam: Terry Mast (1943 - 2016)". Noticias de la UC Santa Cruz . Consultado el 28 de julio de 2019 .
^ Lynn Yarris (1992). "La revolución de Keck en el diseño de telescopios fue pionera en el laboratorio Lawrence Berkeley" . Consultado el 7 de octubre de 2016 .
^ Mástil, TS; Nelson, JE (1988). Ulrich, Marie-Helene (ed.). "Segmentos del espejo primario del telescopio Keck: fabricación y soporte". Telescopios muy grandes y su instrumentación, Actas de talleres y conferencias de ESO, Actas de una conferencia de ESO sobre telescopios muy grandes y su instrumentación . Garching, Alemania: Observatorio Europeo Austral (ESO): 411.
^ Hans F. Morian; Peter Hartmann; Ralf Jedamzik; Hartmut W. Höneß. "ZERODUR para grandes telescopios segmentados" (PDF) . Vidrio SCHOTT.
^ Lewis, Hilton. "In Memoriam: Jerry Nelson, legendario diseñador de telescopios". Red de blogs de Scientific American . Consultado el 16 de junio de 2017 .
^ "Capacidades científicas de MOSFIRE".
^ "MOSFIRE, el espectrómetro multiobjeto para la exploración de infrarrojos en el Observatorio Keck" (PDF) . irlab.astro.ucla.edu . Consultado el 13 de noviembre de 2019 .
^ NASA. "Descubrimientos de Kepler: acerca de las observaciones de seguimiento". NASA . Archivado desde el original el 21 de julio de 2011.
^ "El estudio Eta-Earth de la NASA-UC en el Observatorio Keck". Academia china de ciencias . 16 de octubre de 2010. Archivado desde el original el 4 de julio de 2011 . Consultado el 21 de febrero de 2015 .
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el Observatorio WM Keck .
Observatorio WM Keck (sitio oficial)
Observatorios de Mauna Kea (sitio oficial)
Archivo del Observatorio Keck (KOA)
Lawrence Berkeley Lab, Revolución en el diseño de telescopios Archivado el 22 de diciembre de 2017 en Wayback Machine.
Fotos de los telescopios Keck y otros observatorios de Mauna Kea de "A Gentle Rain of Starlight: The Story of Astronomy on Mauna Kea" de Michael J. West. ISBN 0-931548-99-3 .
