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La cúpula del telescopio High Altitude THz Solar photometers (HATS) en el observatorio Carlos Cesco se recuesta sobre la puesta de sol de los picos andinos. Fuente: Guido Cerrato, Domos Lab.
La astronomía es la ciencia de las ondas electromagnéticas. Prácticamente todo nuestro conocimiento sobre el Universo se obtiene a través de observaciones en alguna banda de frecuencias electromagnéticas. Seguimos el movimiento de las estrellas, observamos las variaciones de intensidad en su brillo, analizamos su espectro. Es en base a esta información que podemos mapear el cosmos, explicar su origen, predecir su futuro. Al principio, teníamos sólo la luz para describir los Cielos. A medida que avanzaba la tecnología, se incorporaron nuevas bandas espectrales y hoy tenemos telescopios que detectan ondas electromagnéticas desde kilómetros de longitud (frecuencias de 300 kHz o menos) hasta milésimas de nanometros (frecuencias de cientos de EHz* o superiores). Parecería que ya se ha explorado todo y solo queda mejorar la sensibilidad y resolución de nuestros instrumentos. Y, sin embargo, existe una región espectral que aún se conoce muy poco.
Entre 300 µm (1 THz), el llamado sub-milimétrico, y 1 µm (300 THz*), en el infrarrojo, se construyeron pocos instrumentos. Las razones de su desconocimiento son variadas, pero se destacan dos: la tecnología y la atmósfera terrestre. Los detectores para frecuencias superiores a 1 THz son todavía experimentales, muy caros y difíciles de manipular. Los detectores infrarrojos estaban, hasta hace poco, clasificados como tecnología militar y, por lo tanto, su venta era muy restringida. Por otro lado, la atmósfera terrestre es un escudo perfecto para frecuencias superiores a 1 THz, no dejando pasar casi ninguna radiación externa a la tierra, el efecto solo disminuye alrededor de los 15 THz.
Desde el comienzo del nuevo milenio, el Centro de Radioastronomía y Astrofísica Mackenzie (CRAAM) de la Universidade Presbiteriana Mackenzie en São Paulo (Brasil) ha estado desarrollando instrumentación para observar el Sol en esta banda espectral. Pionero de la investigación fue el Dr. Pierre Kafmann (1938 – 2017) quien desarrolló un concepto de telescopio THz. El primer prototipo, llamado Solar-T, voló en un globo estratosférico sobre la Antártida en enero de 2016. Sin el obstáculo de la barrera atmosférica, se observó por primera vez al Sol en frecuencias de 3 y 7 THz (100 µm y 43 µm). El inesperado fallecimiento del Dr. Kaufmann le impidió poder terminar un telescopio similar para colocar en el suelo: el High Altitude THz Solar photometer (HATS).
HATS, al igual que su predecesor Solar-T, utiliza una célula de Golay como detector, un tipo de detector desarrollado a principios del siglo XX, capaz de detectar cambios muy débiles en la intensidad de la luz incidente. Las células de Golay están compuestas por una cámara de gas con una lámina de metal reflectivo en su interior. La luz que incide sobre la celda hace que el gas cambie su temperatura, la lámina de metal cambia sutilmente su curvatura y así un rayo láser detecta su deformación, la cual está asociada con la variación de la energía entrante. Sin embargo, la célula reacciona virtualmente a cualquier banda espectral. Para observar una frecuencia específica debemos utilizar un filtro pasa-banda. También aquí, el CRAAM trabajó en asociación con la Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) para desarrollar filtros de malla resonante. Hace veinte años, no había empresas comerciales que los fabricaran. HATS usa filtros pasa-banda centrados en la frecuencia de 15 THz (20 µm).
Los modelos teóricos indican que a una altura aproximada de 2.500 m sobre el nivel del mar, la atmósfera permite observaciones a 15 THz sin afectar excesivamente la radiación del Sol. Por este motivo, se está instalando HATS en la estación Carlos Cesco del Observatório Astronómico Félix Aguilar (OAFA) perteneciente a la Universidad Nacional de San Juan (Argentina) ubicada en la región de Calingasta, frente a los picos más altos de América. Su primera luz era prevista para Noviembre de 2019, pero la muerte del Dr. Kaufmann y la pandemia han pospuesto este milestone, que esperamos se lleve a cabo en los primeros meses de 2022 tan pronto como lo permitan las obras de infraestructura y la integración del telescopio.
La función principal de HATS es observar fulguraciones solares intensas en una región espectral nunca antes vista. Aunque tenemos diferentes expectativas sobre el comportamiento solar a estas frecuencias, lo cierto es que cualquier resultado no tendrá precedentes. Nuestra misión es abrir una ventana de cara al sol y permitir que una nueva luz sea detectada para completar el rompecabezas. Como siempre que una nueva ventana es abierta, una sorpresa al acecho abrió nuevas vías para el conocimiento del Cosmos.
Para saber mas: «HATS: A Ground-Based Telescope to Explore the THz Domain», artículo en inglés publicado en la revista Solar physics en 2020. Link a la versión gratuita en el site ArXiv.
* Hz = unidade de frequência, corresponde a uma oscilação por segundo. kHz = quilo-hertz; THz = tera-hertz ou 1012 Hz; EHz = exa-hertz ou 1018 Hz.