jun 15 2008

Interferómetros del futuro (I): LOFAR

Tag: Astronomía y Astrofísicafranwerst @ 12:15

La interferometría está resultando ser una técnica muy productiva en la astronomía moderna, ya que permite expandir increíblemente el potencial de los telescopios, sin necesidad de hacer mono-instrumentos gigantescos muy costosos. La interferometría se ha utilizado tradicionalmente desde hace décadas sobre todo en longitudes de onda largas (generalmente en radioastronomía), ya que es importante medir con precisión la amplitud y la fase de las ondas detectadas, y esto es más sencillo cuanto más larga la longitud de onda. Sin embargo la tecnología actual ha permitido desarrollar interferómetros que trabajan a otras longitudes de onda más cortas, como en el rango visible o infrarrojo.

Un alto porcentaje de los grandes telescopios astronómicos que comenzarán a usarse durante las próximas décadas son de hecho interferómetros. Así que me propongo empezar una serie de entradas donde comentaré algunos de ellos, y comenzaré con LOFAR que ya está en fase avanzada de desarrollo e implementación.


LOFAR (Low Frequency Array) es un interferómetro radio que permitirá observar en el rango de frecuencia entre 10 y 240 MHz (longitudes de onda entre ~ 1 y 30 m). Este rango del espectro está bastante inexplorado ya que la mayoría de los radiotelescopios actuales observan en ondas centimétricas. La gran dificultad de observar a menor frecuencia lo constituye el efecto de la ionosfera terrestre, que "distorsiona" de manera bastante apreciable las ondas de radio que pasan a su través. La exploración de esta nueva "ventana" del espectro traerá seguramente importantes avances, aunque por otro lado será todo un reto desde el punto de vista observacional ya que se conoce poco del universo a estas frecuencias, y por ejemplo existen muy pocos objetos suficientemente conocidos y estudiados que puedar ser usados como calibradores.

LOFAR está formado por miles de pequeñas antenas unidireccionales (no parábolas), muy económicas, que observan simultáneamente una gran parte del cielo. Después, la señal obtenida por todas ellas se combina electrónicamente para simular una observación única con un telescopio de dimensiones iguales a la mayor separación entre dos de las antenas. El mayor reto tecnológico está pues en la transmisión contínua de grandes flujos de datos a lo largo de kilómetros de distancia, y en la capacidad de cálculo necesaria para procesar las señales simultáneas de miles de estas antenas.

A la izquierda antenas de baja frecuencia (30-80 MHz) en una estación LOFAR sobre el terreno en que serán utilizadas. A la derecha imagen de dos antenas de alta frecuencia (120-240 MHz)

 

Además de tener aplicaciones astronómicas, LOFAR también contribuirá en otros campos como son la geofísica e incluso la agricultura. Cada mini-antena lleva acoplados sensores que permiten medir movimientos de la corteza terrestre, o estimar los niveles de agua subterránea. También se instalarán sensores que miden las condiciones de presión, temperatura y humedad en cada estación, lo que permitirá estudiar cómo influyen los microclimas en el desarrollo de ciertas plagas de hongos que afectan a cultivos como la patata.

LOFAR está siendo desarrollado por un consorcio de instituciones, sobre todo holandesas, y está liderado por ASTRON. El proyecto se desarrollará en varias fases, primero con un número más reducido de antenas cubriendo un área de unos 100 km de diámetro, y después extendiendose a mayores distancias. Otros países como Alemania, Inglaterra, Francia, Suecia, Italia o Polonia también colaborarán con estaciones LOFAR en fases sucesivas, lo cual incrementará sustancialmente las capacidades del interferómetro. El telescopio de encuentra en fase de construcción y ya se tienen primeros resultados después de usar un número limitado de antenas.

Enlaces útiles:


feb 08 2008

¡Interferencias!

Tag: El día a día de la Astronomíafranwerst @ 16:40

Coincide que esta noche estoy observando de manera remota desde el Istituto di Radioastronomia de Bologna (Italia) con el radiotelescopio de 100-m de diámetro situado en Effelsberg (Alemania). Las observaciones consisten en escanear una serie de cuásares lejanos cuya emisión en radio recorre un gran porcentaje del universo hasta llegar finalmente al radiotelescopio. Se trata por tanto de obtener una medida de su brillo en diferentes bandas o frecuencias. Hasta aquí, todo fenomenal.

Sin embargo, esta noche me he topado con algo que no me esperaba... Por algún motivo que desconozco, un avión, probablemente militar, equipado con un sistema radar como este, acaba de sobrevolar las inmediaciones de Effelsberg con las consecuencias que ahora os muestro:

Aquí podéis ver en la gráfica de la izquierda la (debilísima) señal de uno de los cuásares que observo. A la derecha aparece lo que se observa solo un segundo después en la misma región del cielo: fijaos en la escala vertical que es mucho mayor en la imagen de la derecha, lo que indica que la interferencia causada por el avión es muchísimo más intensa y enmascara completamente la señal del cuásar.

Por suerte y por desgracia nuestra atmósfera está plagada de señales radio de todo tipo generadas por el hombre, para comunicaciones, radares, satélites GPS, telefonía móvil, etc, etc, etc.. Existen a pesar de todo leyes nacionales y organismos internacionales cuya finalidad es regular las emisiones radio y velar por la protección de determinadas bandas de radio, por su interés científico en radioastronomía. Sin embargo estas leyes no siempre se cumplen, sobre todo cuando priman jugosos intereses comerciales o por ejemplo en este caso militares.


nov 20 2007

e-VLBI: Internet en Radioastronomía

Tag: Astronomía y Astrofísicafranwerst @ 10:22

La interferometría de muy larga base (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) permite utilizar de forma combinada un conjunto de antenas separadas cientos o miles de kilómetros, lo que en términos de resolución angular equivale a un telescopio de diámetro igual a la separación máxima entre dos de sus antenas.

El procedimiento normal de un experimento con una red VLBI consiste en hacer la observación simultáneamente con los telescopios distribuidos por diferentes países, a la vez que los datos recogidos por cada antena se almacenan en cintas magnéticas. Todas esas cintas se deben llevar físicamente al denominado correlador, que es un superordenador cuya función principal es la de combinar los datos recogidos por todas las antenas y realizar una serie de operaciones, la llamada correlación de los datos. El resultado es un fichero final con el que se puede trabajar hasta la obtención del mapa o espectro del objeto que se esté estudiando. El correlador de la red VLBI europea (EVN) está operado por JIVE, en Dwingeloo (Holanda) y el de la red norteamericana (VLBA) está operado por NRAO en Socorro, Nuevo Mexico. El tiempo que suele transcurrir desde el comienzo de la adquisición de datos hasta que el usuario final recibe sus datos correlados para analizarlos puede ser de varias semanas, incluso meses.

Mapa EVN
Mapa en el que se muestran la localización de las antenas pertenecientes a la red de EVN, con radiotelescopios mayoritariamente en Europa, pero también en China, Puerto Rico y Sudáfrica. Se trata de un instrumento de gran sensibilidad ya que muchas de las antenas que lo forman son de grandes dimensiones, como la de 300m de diámetro de Arecibo y la de 100m de diámetro de Effelsberg. (Extraído del sitio web de EVN)

A finales de agosto de 2007 el consorcio EXPReS realizó el primer experimento de e-VLBI utilizando estaciones de la red europea, China y Australia. Algunas de estas estaciones están dotadas con redes de fibra óptica de 1 Gb/s que se conectaron directamente con el correlador en Holanda, lo que permite poder enviar y procesar los datos en tiempo real. El ahorro de tiempo que esta técnica supone permite poder observar y analizar rápidamente fenómenos transitorios o de corta duración tales como explosiones de supernova, o estallidos de rayos gamma, cuyo origen no está muy claro por el momento.


Primera imágen científica producida por la red europea e-VLBI. La imagen izquierda fue tomada con el interferómetro MERLIN y muestra la emisión maser de IRC+10420, asociada a una capa de gas en expansión que fue expulsada por una estrella supergigante en el centro del campo hace unos 900 años A la derecha, la imágen de e-VLBI donde se ven las estructuras más brillantes a mucha mayor resolución (Joint Institute for VLBI in Europe; JIVE)

Además del interés científico, el trabajo desarrollado para hacer funcionar esta red europea de observación y procesado en tiempo real servirá como banco de pruebas para futuros instrumentos. La experiencia adquirida y la tecnología desarrollada para el traslado y manejo de grandes flujos de información en tiempo real serán de gran valor en la puesta a punto de ALMA o SKA, futuros interferómetros que entrarán en operación durante el próximo decenio.

Algunos enlaces relacionados: