ALMA y su Interferometría


Impresión artística del Conjunto de antenas en Chajnantor

¿Porqué nos referimos a ALMA como un solo telescopio, dado que existen diversas antenas desplegadas en el Llano de Chajnantor? Estas antenas componen el conjunto de antenas que se menciona en la denominación Gran Conjunto Milimétrico-submilimétrico de Atacama o Conjunto ALMA. El avanzado diseño de ALMA permite que las antenas trabajen en forma conjunta, como un solo telescopio, más potente de lo que pudiera lograr una sola antena. En realidad, sin este logro tecnológico, los ambiciosos objetivos científicos de ALMA serían inalcanzables. Esto se debe al límite fundamental para cualquier telescopio o radiotelescopio con un solo disco o espejo principal, el cual determina la nitidez factible de su visión. Este límite afecta, en particular, a las observaciones en longitudes de onda relativamente largas, tales como las longitudes de onda milimétricas y sub-milimétricas en las cuales opera ALMA.

La resolución (o grado de detalle de la imagen) en un solo telescopio depende tanto de la longitud de onda en que opera y del diámetro de la antena o del espejo principal. Mientras más larga sea la longitud de onda, la resolución será menor y mientras mayor sea el diámetro, la resolución será mejor. En consecuencia, un radio telescopio que opera en longitudes de onda largas tiene peor resolución que un telescopio óptico o infrarrojo del mismo tamaño.

El telescopio óptico e infrarrojo de ESO, el Very Large Telescope en Cerro Paranal comprende Unidades de Telescopios (UTs) con espejos de 8,2 metros. En longitudes de onda infrarrojas de aproximadamente 2 micrómetros, logra una resolución máxima – usando óptica adaptativa - de unos 50 milésimas de segundo de arco (aprox diez millonésimas de grado). Los discos de ALMA tienen un diámetro de 12 metros, aproximadamente 50% mayores que los espejos del VLT . Sin embargo, ALMA observa en longitudes de onda en el rango milimétrico, con ondas hasta mil veces más largas que la luz infrarroja. Esto sobrepasa con creces la pequeña ventaja que los discos de ALMA tienen sobre los espejos de VLT y así, una antena única de ALMA tendrá una resolución, con ondas milimétricas, de alrededor de 20 segundos de arco.

De hecho, para lograr una resolución comparable al VLT, una sola antena de ALMA requeriría, por lo tanto, de una superficie reflectante con un diámetro de varios kilómetros – lo cual, obviamente, no es una propuesta de construcción factible. Ese es el motivo por el cual ALMA consiste de un conjunto de diversas antenas alineadas en un área muy extensa, trabajando conjuntamente, lo que se conoce como un interferómetro.


El Edificio Técnico en el Array Operations Site alberga un correlator de ALMA

La resolución de un interferómetro no depende del diámetro de las antenas individuales, sino de la máxima separación entre las antenas. Al situar las antenas de manera más separada se incrementa la resolución. Las señales de las antenas se conjugan y procesan en un supercomputador especializado – el correlacionador de ALMA – el cual imita el efecto de un telescopio único. En otras palabras, un interferómetro actúa como un solo telescopio, tan grande como el conjunto total de antenas.

Al incrementar la distancia máxima entre las antenas se incrementa el poder de resolución del interferómetro, permitiéndole detectar detalles más pequeños. La capacidad de conectar antenas sobre líneas de base de muchos kilómetros, resulta crucial para obtener resoluciones óptimas y un alto grado de detalle en las imágenes.

El conjunto principal de ALMA consta de cincuenta antenas de 12 metros de diámetro, las cuales pueden configurarse con diversas alineaciones, con las distancias máximas entre antenas entre los 150 metros y los 16 kilómetros. De esta manera, el conjunto de antenas imita a un solo telescopio gigante, mucho mayor que cualquiera que fuese posible construir. De hecho, ALMA tiene una resolución sin precedentes, logrando mayor nitidez, en longitudes de onda visibles, que la del Telescopio Espacial Hubble.


Cuatro antenas del Conjunto Compacto de Atacama de ALMA: tres con un diámetro de 12 metros y una de 7 metros de diámetro.

Cuatro antenas adicionales de 12 metros de diámetros y doce antenas de 7 metros de diámetros conforman el Conjunto Compacto de Atacama. Las antenas más pequeñas, de 7 metros de diámetro pueden situarse con una distancia mínima entre sí, sin correr el riesgo de chocar y, debido al comportamiento del interferómetro, este arreglo compacto permite observar aspectos generales o “gran cuadro” de los objetos astronómicos observados. Además, las cuatro antenas de 12 metros de diámetro del Conjunto Compacto de Atacama, se utilizan separadamente para medir la luminosidad absoluta de los objetos observados – lo cual no se puede medir con un interferómetro.

Las diversas configuraciones del telescopio permiten a los astrónomos sondear tanto la estructura general de un objeto astronómico como sus detalles más finos. Sin embargo, para cambiar entre la configuración amplia del conjunto de antenas hasta la configuración más compacta, deben moverse físicamente las antenas. Ello se logra con dos transportadores, hechos a la medida, diseñados para levantar las antenas, que pesan más de 100 toneladas, transportarlas por el desierto y ubicarlas en sus plataformas con estructura de hormigón con una precisión milimétrica.

Gracias a la técnica de la interferometría, las múltiples antenas de ALMA pueden trabajar conjuntamente, como una máquina unificada para hacer ciencia, permitiendo a los astrónomos realizar observaciones que serían imposibles con una sola antena. Por esta razón, concebimos a ALMA no solamente como un conjunto de diversas antenas, sino como un solo telescopio revolucionario.

Lectura adicional:

Para mayores detalles técnicos de ALMA como un interferómetro, le rogamos leer el artículo “How Will ALMA Make Images?” del ALMA Newsletter, No. 5.