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Tecnología de ondas milimétricas
15-mayo-2012
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Galaxia M82 y su espectro de gas. Fuentes: Telescopio Espacial Hubble y Gran Telescopio Milimétrico, archivo INAOE, respectivamente.
Por Daniel Ferrusca y David Hughes (INAOE)*

El Gran Telescopio Milimétrico (GTM) es uno de los proyectos científicos más relevantes que se han llevado a cabo a lo largo de la historia de México, y es una colaboración del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y la University of Massachusetts-Amherst (UMass). Consiste en un telescopio ubicado en la cima del volcán Sierra Negra a una altitud de 4,580 metros sobre el nivel del mar, con una antena parabólica de 50 metros de diámetro que opera en las longitudes de onda milimétricas de 1.1, 2 y 3 milímetros (correspondientes a las frecuencias de ~270, 150 y 100 GHz). Para lograr la mayor captación de radiación milimétrica es necesario que la cantidad de vapor de agua precipitable en la atmósfera sea muy baja; tales condiciones suelen encontrarse en lugares a una gran altitud como, por ejemplo, Mauna Kea en Hawaii, Chajnantor y Pampa La Bola en Chile, así como Sierra Negra en México; esto permite que la atenuación debido a la atmósfera sea lo más baja posible en las ventanas espectrales de nuestro interés.

Las observaciones en ondas milimétricas nos permiten observar fenómenos tales como la formación de estrellas que toma lugar en regiones gaseosas, densas, con polvo y frías, y cuya radiación ultravioleta y óptica es absorbida casi en su totalidad por el polvo presente en la nube naciente, pero que es vuelto a remitirse en longitudes de onda milimétricas; de ahí que el estudio de las fuentes más fundamentales tome lugar en este rango de longitudes de onda; el material frío está asociado con las etapas tempranas de formación de estructura tales como galaxias, estrellas y planetas, a lo largo de toda la historia del Universo.

El estudio de regiones del cielo en longitudes de onda milimétricas es un campo relativamente nuevo que inició con instrumentos de un solo pixel en los años ochenta. Posteriormente, se desarrollaron cámaras de formato pequeño. Uno de los instrumentos más exitosos fue SCUBA, que operó en el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) con 37 píxeles a 850 micras y 91 píxeles, trabajando a 450 micras de longitud de onda. Otros experimentos importantes han sido MAMBO y MAMBO-2 en el telescopio de 30 metros IRAM, con 37 y 117 píxeles, respectivamente, operando a 1.2 milímetros de longitud de onda. Aunque el número de detectores de SCUBA y MAMBO es relativamente pequeño, estos instrumentos hicieron los primeros mapeos del cielo de fuentes extra-galácticas cubriendo áreas cercanas al medio grado cuadrado a 1.2 milímetros y 850 micras de longitud de onda, un área comparable apenas al tamaño de la Luna; por lo anterior, el cielo en longitudes de onda milimétricas es una región a la que le falta aún mucho por explorar.

Hoy en día, el GTM, con su gran área colectora que proporciona una gran velocidad de mapeo, cuenta con instrumentos de detección de radiación milimétrica, como lo es la cámara AzTEC con 144 pixeles a 1.1 milímetros de longitud de onda y que opera a una temperatura criogénica cercana al cero absoluto (-272.85°C), lo que permite tener los niveles más bajos de ruido en los detectores y una alta sensibilidad para la detección de la radiación originada en el Universo temprano. En 2011, se realizaron las primeras observaciones científicas del GTM.

En el Laboratorio de Instrumentación de Ondas Milimétricas del INAOE, a través de diversos proyectos de investigación nacionales o con colaboraciones internacionales y con la participación de estudiantes de maestría y doctorado, se llevan a cabo estudios e investigaciones para el desarrollo de prototipos claves para la astronomía milimétrica que incluyen detectores, criogenia, óptica de acoplamiento, sistemas de adquisición de datos y electrónica de lectura, entre otros.

Los sistemas de detección milimétrica son tan altamente sensibles que pueden tener aplicaciones de seguridad para la localización de metales y explosivos ocultos en personas u otros objetos. A diferencia de los sistemas actuales, los tipos de sistema a los que hacemos referencia son pasivos no invasivos y de alta velocidad de lectura. De manera similar, existen aplicaciones para el área de medicina y la detección de tejido maligno, en donde los sensores milimétricos pueden encontrar diferencias entre células con diferentes concentraciones de agua; adicionalmente, se han realizado pruebas exitosas en el monitoreo de la dentura humana. En combinación con sistemas de espectroscopia, estos sensores se vuelven altamente útiles para la detección de diversas sustancias químicas para aplicaciones médicas.

Nuestra participación en proyectos de frontera en el desarrollo y fabricación de arreglos de detectores milimétricos de hasta 10,000 pixeles para el GTM no sólo nos podrá dar una visión más completa del Universo en tiempos muy cortos de exposición, sino que también nos proporcionará la oportunidad de transferir todo este conocimiento a nuevas generaciones de estudiantes, y desarrollar nuevas y competitivas tecnologías únicas de detección en México.

Nota de la imagen de la galaxia M82
Sobrepuesto a la imagen de la galaxia M82, aparece el espectro de gas molecular detectado por el Gran Telescopio Milimétrico en la banda de 3 milímetros, con las líneas de emisión de especies moleculares identificadas en amarillo a través de su símbolo químico, entre otras, diferentes isótopos de monóxido de carbono (CO), ácido cianhídrico (HCN), propino (CH3C2H) y otros hidrocarburos.

* El Dr. Daniel Ferrusca Rodríguez es investigador titular "A" y el Dr. David H. Hughes es el director principal del Gran Telescopio Milimétrico e investigador titular "D", ambos de la Coordinación de Astrofísica del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE).

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Para más información de las actividades que desarrolla el Sistema de Centros Públicos de Investigación Conacyt, consulte las páginas México CyT y Gaceta CyT México; asimismo, le invitamos a escuchar la sección del blog "Con-Ciencia" en el programa "Radio 110 grados, El cuadrante científico", que se transmite cada lunes a las 14 horas (tiempo del centro).

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Nota del editor
El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) ha publicado también en el blog Con-Ciencia los siguientes artículos:

  • Rodríguez Merino, Lino Héctor (INAOE), "El Universo visto con otros ojos". 10 de abril de 2012.
  • Mújica García, Raúl (INAOE), "La hora del cielo". 3 de abril de 2012.
  • Aretxaga, Itziar (INAOE) “El cielo desde los hombros de gigantes”. 25 de octubre de 2001.
  • Guichard Romero, José (INAOE) "La enseñanza de la ciencia y tecnología del espacio en México". 11 de octubre de 2011.
  • López López, Aurelio (INAOE) "TICs para mantener vivas nuestras lenguas indígenas". 9 de agosto de 2011.
  • Gutiérrez Domínguez, Edmundo A. (INAOE), "El desarrollo científico de la electrónica y su impacto en la sociedad”. 19 de julio de 2011.
  • Rodríguez Guillén, Mónica (INAOE). "La química de las estrellas". 19 de abril de 2011.
  • Corona, Alonso, D. V. B. Murthy, José L. Olvera y Humberto Lobato, (INAOE). "Sensor de materiales ultra compacto con tecnología metamaterial". 10 de junio de 2010.
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    ORGULLO POBLANO,FELICIDADES DR. FERRUSCA, GRACIAS POR SU APORTE A LA CIENCIA Y GRACIAS POR HACER SENTIR A LA FAMILIA FERRUSCA ORGULLOSOS DE USTED, GRACIAS. ESPEREMOS ALGÚN DÍA LE SÉA REMUNERADO TODO SUS ESFUERZO Y SOBRE TODO, LOS SACRIFICIOS, PARA LLEGAR HASTA DONDE HOY USTED ESTÁ. UNA VEZ MÁS......FELICIDADES FRANCISCO ESPINOSA FERRUSCA


     Enviado por FRANCISCO - 15-mayo-2012 a las 13:09 Enviar mail al autor

     
     
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    Este es un blog del Sistema de Centros Públicos de Investigación Conacyt que tiene el objetivo de dar información relevante de ciencias sociales, ciencias naturales y tecnología; el conocimiento científico y tecnológico creado busca contribuir a la solución de problemas de prioridad nacional que incremente la competividad del país e impulsar el bienestar de la sociedad mexicana. Se publica cada martes.

    El Sistema de Centros Públicos de Investigación Conacyt es un conjunto de 27 instituciones distribuidas en todo el país, varias de las cuales tienen más de 30 años de historia, convirtiéndose en generadoras de conocimiento altamente especializado y competitivo a nivel nacional e internacional y es un referente para la toma de decisiones en materia de políticas públicas.

    Editor del blog: Miguel Acosta Valverde.

     
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