Mejora del rendimiento de la instrumentación de vanguardia del Telescopio Solar Europeo
El Sol es una estrella que constituye un modelo fundamental para comprender el resto del universo. La principal misión del EST es observar de cerca el Sol, la única estrella que puede ser estudiada en alta resolución. Sin embargo, el estudio detallado de los procesos solares depende de instrumentos capaces de proporcionar información a las escalas más pequeñas y con la mayor resolución posible. El equipo del proyecto financiado con fondos europeos GREST ha trabajado para lograr observaciones con una alta resolución espacial a través de diseños, pruebas y prototipos de instrumentos críticos para las futuras infraestructuras terrestres de investigación en el campo de la física solar y, especialmente, para el EST. Las innovaciones combinadas de GREST no solo favorecen el crecimiento y la diversidad de los mercados existentes, sino que además aumentarán la demanda de mano de obra cualificada en el sector de la alta tecnología. Diseño preciso de la instrumentación Al presentar la naturaleza multidisciplinaria de GREST, el coordinador del proyecto, el señor Manuel Collados, indica: «Los debates más interesantes se centraron en cómo hacer avanzar las técnicas actuales para hacer frente a las especificaciones del EST. Por ejemplo, científicos e ingenieros del mundo académico e industrial intercambiaron impresiones sobre el modo de desarrollar detectores más grandes, rápidos y eficaces que las alternativas actuales». El trabajo que surgió de estos debates dio como resultado una serie de innovaciones clave que incluyen etalones con precisión nanométrica y dos opciones de unidad de campo integral (IFU, por sus siglas en inglés) —una basada en cortes de imagen y otra en el uso de microlentes— para la observación espacial de alta resolución. También permitió desarrollar un programa informático de simulación para modelar el comportamiento de espejos deformables inclinados (DM, por sus siglas en inglés) para óptica adaptativa multiconjugada (MCAO, por sus siglas en inglés), que es imprescindible para garantizar que el EST alcance la alta resolución espacial necesaria. Dado que el estudio de los procesos solares requiere una evolución significativa de los sensores empleados, el equipo examinó con éxito la viabilidad de una nueva tecnología de almacenamiento de carga en caché (basada en la tecnología de transistores de efecto de campo de canal p agotado o DEPFET) mediante el diseño, la construcción y la evaluación de un prototipo. Esta técnica podría sentar las bases de la nueva generación de cámaras científicas para la espectropolarimetría de alta precisión. A partir de los resultados se esbozaron un concepto para una cámara polarimétrica con fines científicos y una hoja de ruta para su puesta en práctica. Además, se logró desarrollar un prototipo de cámara de alta velocidad de lectura y alta resolución (4k x 4k) con un bajo nivel ruido e iluminación posterior basada en la tecnología científica de semiconductor complementario de óxido de metal (sCMOS), que proporciona un almacenamiento «in situ» para hasta cuatro imágenes independientes. La evaluación demostró que el prototipo de la cámara cumplía con las especificaciones del EST, algo que no está al alcance de ningún dispositivo actual, ya sea comercial o de otro tipo. La llegada de la nueva generación de telescopios e instrumentos, y especialmente de los detectores modernos de gran tamaño, impone la necesidad de desarrollar moduladores de polarización de mayor tamaño. En el marco de GREST, se fabricaron y evaluaron con éxito una serie de retardadores variables de cristal líquido de gran tamaño basados en varios enfoques, entre los que se incluyen el uso de cristales líquidos nemáticos con alineación antiparalela, cristales nemáticos con alineación paralela y celdas ferroeléctricas. Comprensión del impacto de la actividad solar en la Tierra La actividad magnética solar produce cambios terrestres, lo que puede afectar a millones de personas a corto y a largo plazo. Poder comprender mejor la relación entre la actividad solar y el clima de la Tierra, a fin de predecir perturbaciones espaciales inducidas por el Sol, podría conducir a medidas de mitigación más eficaces. Gracias al estudio de los mecanismos físicos de la atmósfera solar a un nivel de resolución sin precedentes, el EST resolverá preguntas antiguas como: la estructura y evolución de los campos magnéticos solares, incluidas las manchas solares; la aparición de campos magnéticos en la superficie solar; la dinámica y el calentamiento de la cromosfera; el mecanismo de desencadenamiento de las llamaradas solares y el acoplamiento magnético de la atmósfera solar. Tal y como explica el señor Collados: «Los avances de GREST constituyen un importante paso adelante para hacer realidad el EST. El proyecto no solo ha proporcionado una excelente oportunidad para desarrollar nuevas aplicaciones a partir de tecnologías de vanguardia, sino que ha mejorado la cooperación entre el mundo académico y la industria, lo que ya ha dado lugar a nuevos dispositivos». Además de ser útiles para el estudio de procesos solares, se espera que las tecnologías de los detectores de gran tamaño beneficien por sí solas a una gama más amplia de aplicaciones que requieren observaciones astronómicas de alta resolución, como la detección de objetos cercanos a la Tierra y los estudios de púlsares, y que abran nuevos mercados en la microscopía electrónica de transmisión (MET), la cristalografía de proteínas y la tomografía de rayos X. A fin de concluir el trabajo, el equipo continúa investigando, fabricando, probando, refinando y validando las distintas tecnologías, tanto en el laboratorio como «in situ».
Palabras clave
GREST, física del plasma, Sol, telescopio, solar, estrella, campos magnéticos, manchas solares, alta resolución espacial, detectores, sensores, atmósfera