Preparándose para la mayor película cósmica jamás realizada con una cámara única

En lo alto de la cima del Cerro Pachón, en el norte de Chile, el Observatorio Vera C. Rubin de la NSF-DOE está a punto de completarse. En el corazón de la instalación, se está desarrollando un momento crucial en la aventura científica del proyecto. Tras más de 20 años de meticulosa investigación y desarrollo, y semanas de pruebas, la cámara LSST se ha instalado con éxito en el Telescopio de Rastreo Simonyi.

Los equipos dan un suspiro de alivio. La cámara digital más grande del mundo, construida en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía (DOE), ya está instalada, y la expectación por capturar las primeras imágenes para el Estudio del Legado del Espacio y el Tiempo (LSST, por sus siglas en inglés) es palpable. La mejor película astronómica jamás realizada está a punto de comenzar.

Bueno, casi.

Puesta en marcha de la cámara digital

Poner en marcha una cámara tan sofisticada es mucho más complicado que simplemente pulsar un botón de encendido/apagado. Crear la mejor película astronómica de la historia requiere tiempo, paciencia y un compromiso con la precisión. Cada detalle debe comprobarse minuciosamente y cada sistema debe cumplir con sus especificaciones exactas antes de proceder.

A diferencia de las etapas anteriores de construcción, el equipo de la cámara ahora opera a cinco metros de altura, firmemente sujeto a una pequeña plataforma que no soporta más de 125 kilogramos. Sus movimientos están limitados por la rotación de la cámara y los espejos del telescopio, ubicados a escasos centímetros de distancia. Lo que podría parecer una simple conexión de manguera se convierte en un desafío completamente nuevo en estas condiciones.

La cámara LSST está a punto de someterse a una serie de pasos cruciales. El primero consiste en crear vacío dentro del criostato, un contenedor diseñado para mantener temperaturas extremadamente bajas, ubicado en el centro de la cámara. El criostato alberga los complejos sistemas electrónicos de la cámara y su mosaico de 189 sensores científicos de dispositivo de carga acoplada (CCD). Estos sensores están diseñados para capturar imágenes del cielo nocturno con una precisión excepcional, con cada imagen compuesta por 3200 megapíxeles.

Con las manos dentro de la cámara, trabajando para conectar el sistema de vacío, Stuart Marshall, científico de operaciones de cámara y científico del SLAC, explica: «El vacío es crucial para aislar la electrónica de la cámara de los cambios de temperatura. Una vez que hayamos asegurado un vacío estable, activaremos el sistema de refrigeración que enfriará el criostato a temperaturas muy bajas».

La electrónica genera aproximadamente 1 kilovatio de calor durante su funcionamiento, aproximadamente el equivalente a la potencia de un pequeño calentador eléctrico. Este calor debe eliminarse de la cámara de vacío para evitar el sobrecalentamiento. "Queremos que la electrónica de la cámara esté entre -20 °C y -5 °C (-4 °F y 23 °F) para mantener una temperatura de funcionamiento segura. Por lo tanto, necesitamos extraer ese calor. Y lo hacemos bombeando un fluido a -50 °C (-58 °F) a través del sistema de refrigeración".

Mientras tanto, los CCD deben enfriarse a -100 °C (-148 °F). Esta temperatura garantiza un rendimiento óptimo y ayuda a evitar que el calor indeseado interfiera con la sensible electrónica y degrade la calidad de las imágenes. Estos sensores cuentan con su propio sistema de refrigeración, que solo se activará una vez que el sistema de refrigeración electrónico se estabilice.

Una vez completados estos pasos críticos, los equipos encenderán los CCD y probarán los sistemas de control y adquisición de datos para garantizar que la cámara se comunique correctamente con las computadoras. La cámara estará entonces completamente operativa.

"Construir la cámara nunca fue rutinario y aún tenemos nuevos retos y problemas que resolver", explica Marshall. "Pero ahora, mientras nos preparamos para las primeras imágenes, estamos transfiriendo el conocimiento a los especialistas en observación y a los científicos encargados de la puesta en marcha, quienes siguen nuestro trabajo y, a menudo, impulsan la puesta en marcha, bajo supervisión. ¡Es realmente emocionante!"

A pocos metros, en el andamio junto a la cámara, Yijung Kang, especialista en observación e investigador postdoctoral del SLAC, está listo para operar el sistema de vacío . «Todo el equipo de observación está entusiasmado con los preparativos para las operaciones. Ahora estamos trabajando en estrecha colaboración con los demás equipos, preparando pruebas y procedimientos para garantizar el lanzamiento exitoso de nuestra misión científica de una década».

El trabajo es metódico y exigente, e implica sistemas interconectados que requieren un conocimiento exhaustivo de toda la cámara. Los expertos en sistemas de vacío, refrigeración y electrónica desempeñan un papel fundamental en el proceso. No basta con ser experto en un área específica; es necesario poseer un conocimiento profundo y holístico de la cámara. Cada sistema, cada componente, cada ajuste debe preverse cuidadosamente para garantizar un funcionamiento perfecto.

Yousuke Utsumi, científico de operaciones de cámara y profesor asociado del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, sabe que el equipo está a la altura del reto. «El trabajo en la cámara avanza a buen ritmo y confiamos en que cualquier problema que surja, incluso el más inesperado, se resolverá».

En tan solo unas semanas, una vez completados estos pasos críticos y activados los CCD, llegará otro momento impresionante: se retirará la tapa del objetivo de la cámara. "Es como cualquier tapa de objetivo de cámara estándar, pero esta mide 1,6 metros de ancho, y usaremos una grúa para levantarla", explica Utsumi. Entonces, la luz de las estrellas entrará a raudales en la cámara LSST por primera vez.

En este punto, los especialistas en observación tomarán el control. Seleccionarán la porción del cielo a observar, apuntarán el telescopio y ejecutarán el programa informático que capturará los primeros fotones. Poco después, las primeras imágenes del cielo se mostrarán en tres pantallas gigantes en la sala de control, marcando el inicio de una extraordinaria aventura cinematográfica.

Al igual que un director que afina meticulosamente las primeras tomas de una película, los equipos dedicarán unas semanas más a perfeccionar el telescopio y la cámara, perfeccionando el enfoque y la alineación óptica, capturando imágenes de calibración, asegurando un funcionamiento fluido y estable, y preparándose para cualquier posible problema técnico. Sólo entonces comenzará oficialmente la mayor película astronómica jamás realizada.

Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC