Chile y China optimizan el radiotelescopio más grande del mundo: ¿qué están buscando?

Investigadores del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile buscan eliminar la interferencia electromagnética de origen humano que contamina los registros astronómicos del radiotelescopio FAST, el más grande del mundo, y que hoy representa el 99% de los rastreos realizados por este gigante tecnológico ubicado en China.

El proyecto es impulsado por investigadores del Observatorio Astronómico Nacional de China, donde está ubicado el radiotelescopio FAST —Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope por sus siglas en inglés—, un gigante que posee una antena esférica de 500 metros de diámetro.

Se trata de una cooperación con el Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile (DAS), y pretende instalar una antena en la cabina central del telescopio, que busca eliminar por completo la abundante interferencia electromagnética que hoy representa el 99% de los registros realizados por este equipo.

"El problema que abordamos en esta investigación es el problema de la interferencia electromagnética por fuentes de origen humano. O sea, en el fondo todo lo que tiene que ver con la tecnología de telecomunicaciones tiene impacto en las observaciones astronómicas en baja frecuencia", señala a Sputnik Ricardo Finger, académico, investigador y desarrollador de instrumentación astronómica del DAS.

"La mejor manera de entender esto es como un filtro que puede hacer dos cosas: filtrar, en el sentido de dejar fuera la interferencia, y dejar pasar la señal que viene del cielo, limpia, ese es como el sagrado grial o eso es como lo más difícil de lograr", explica Finger.

La interferencia humana

El desafío de este proyecto es tratar de eliminar casi por completo la interferencia de origen humano, que el investigador chileno advierte se ha intensificado con el desarrollo de la tecnología de las telecomunicaciones en estos últimos años.

"Las comunicaciones humanas, lo que hacen es que utilizan una serie de bandas que van desde unos pocos megahertz (cantidad de oscilaciones por segundo), algunas decenas de megahertz, hasta unos pocos gigahertz", explicó.

"Por ejemplo, una radio FM que está entorno a los 100 megahertz, significa que está transmitiendo en megahertz, mientras que los teléfonos celulares están cerca de 1 y hasta 2 gigahertz; el wi-fi está en 2,4 gigahertz, y el wi-fi nuevo en 5,8", detalla Finger.

Pero como todo el mundo está cada vez más comunicado y más conectado, estas bandas están cada vez más "contaminadas o saturadas" con transmisiones electromagnéticas de origen humano, las que se confunden con las originadas por fuentes astronómicas, señala el docente.

Por esa razón, los radiotelescopios, que necesitan realizar observaciones en esas bandas, se ven obligados a desplazarse a lugares muy remotos del planeta. Áreas donde, además, se debe regular o restringir el uso de teléfonos celulares o de wi-fi, es decir zonas con un radio en el que no se pueda transmitir ningún tipo de señal.

"Las señales producidas por estos aparatos encandilan completamente al telescopio, contaminan todas las observaciones, no es posible hacer observaciones. Ese es un problema que está en todo el mundo", aclara el astrónomo chileno.

La colaboración chino-chilena

Equipo de investigadores en el FAST, Ricardo Finger a la derecha

© Foto : Gentileza Ricardo Finger

A partir de esta dificultad surge la colaboración entre los investigadores de ambas naciones, quienes ya venían trabajando juntos en el Centro de Sudamericano para la Astronomía Cassaca, con sede en Chile, y que se concretó en una de las últimas visitas de un grupo de investigadores de China.

"Les preguntamos en las reuniones qué necesitaban ellos. Nosotros hacíamos instrumentación astronómica, pero para telescopios como ALMA. Y ahí fue saliendo la idea para este gran telescopio FAST, que es de 500 metros, el telescopio más grande de un solo plato", recuerda Finger.

El investigador chileno advierte que hay dos tipos de telescopios: los de un plato, que son una antena parabólica gigante, como el FAST, y los arreglos interferométricos, que son varias antenas parabólicas desplegadas en un valle.

Al segundo tipo corresponde el telescopio ALMA —Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, por sus siglas en inglés—, compuesto de 66 antenas de alta precisión, ubicado en la llanura de Chajnantor en la cordillera de los Andes chilena, a 5.000 metros de altitud, lo que lo convierte en uno de los observatorios astronómicos más altos de la Tierra.

El FAST, explica Finger, tiene una forma que se puede variar en la medida que el telescopio va observando el cielo. "Es la última tecnología en esos telescopios de ese tamaño, pero tiene un problema que ninguna tecnología podía hasta ahora resolver, que es esta interferencia electromagnética. Entonces así nace un poco la colaboración".

Aunque el proyecto se focalizó en identificar las necesidades y características propias del FAST para optimizar las mediciones del telescopio, la tecnología desarrollada por los investigadores chilenos podría impactar en todos los radiotelescopios de un solo plato existentes en el mundo.

Las ráfagas rápidas de radio

Detalle del plato de FAST

© Foto : Gentileza Ricardo Finger

El radiotelescopio, ubicado en la provincia de Guizhou, en el suroeste de China, tiene como principal misión detectar la existencia de hidrógeno neutro en galaxias distantes, púlsares lejanos y ondas gravitacionales de baja intensidad, además de ayudar en la búsqueda de señales de vida en el universo.

Para ello, este telescopio tiene varios detectores, llamados backends, y un gran receptor que divide su señal en múltiples procesadores digitales de señales. Cada uno de estos procesadores está destinado a un tipo de objeto distinto.

"Por ejemplo hay procesadores de señales que están hechos para observar hidrógeno, nubes moleculares; hay otros que están hechos para observar púlsares, que es un tipo de estrella muy compacta que gira hasta miles de veces por segundo; y hay un backend particular que está diseñado para detectar un tipo de fuente que es muy nueva, que fue descubierta hace menos de una década, que se llama fast radio burst [FRB] o ráfagas rápidas de radio", puntualiza Finger.

Estas ráfagas duran unos pocos milisegundos y ocurren a grandes distancias, tanto dentro de esta galaxia como en otras. "Durante esos milisegundos emiten una cantidad de energía gigantescamente grande, equivalente a millones de soles, por ese tiempo muy pequeño, y todavía no se sabe cuál es el origen de esto, cuál es la fuente que produce estos flashes de ondas de radio", destaca el investigador chileno.

El problema, explica Finger, es que estos flashes de radio son muy parecidos a la contaminación electromagnética producida por los teléfonos celulares. Por ejemplo, cada vez que uno manda un mensaje de WhatsApp, sale un paquete de información "que también dura unos milisegundos o cientos de milisegundos, y también las señales de radar son pulsos de radio".

Entonces, este receptor de FRB tiene muchos falsos positivos y menos de un 1% son realmente señales que vienen desde el universo y 99% son contaminación humana. Por esta razón, la principal invitación es a hacer un sistema que pueda detectar cuándo es contaminación humana y cuándo no, con tal de poder filtrar estas detecciones diarias y hacer más eficiente el trabajo de los científicos en general, explica Finger, quien reitera que aún se conoce muy poco de este fenómeno descubierto hace poco más de una década.

El gran universo frío

Ricardo Finger en el disco del FAST

© Foto : Gentileza Ricardo Finger

Para comprender los aportes de este proyecto, Ricardo Finger explica que es importante comprender que los radiotelescopios observan radiación electromagnética como todos los telescopios, pero en vez de ser luz, son ondas de radio generadas por distintos objetos en el universo.

"Todas las cosas emiten radiación, todo lo que está caliente, todo lo que tiene una temperatura mayor que el cero absoluto emite radiación. Por eso uno con las cámaras infrarrojas puede ver por ejemplo las figuras humanas caminando en la noche, aunque no haya absolutamente nada de luz, porque se ve la radiación infrarroja que están emitiendo los cuerpos", detalla.

Sin embargo, también hay emisiones en temperaturas bajas, solo que emiten ondas de radio. Por tanto, los radiotelescopios pueden observar ese brillo de calor en un rango de temperatura muy por debajo del rango de temperatura en que brillan las cosas en luz visible.

"Los radiotelescopios pueden ver en términos muy generales el universo frío, el universo que no está caliente a miles de grados, sino el universo que está a unos cientos de grados. Y ese universo frío es el Universo", explica.

Como detalla Finger, el universo frío es el universo de las nubes, de las nebulosas de gas y polvo que están en las galaxias. Es un universo donde sí se pueden formar moléculas, "entonces uno empieza a ver un montón de cosas: gases que existen en la tierra, agua en estado gaseoso, monóxido de carbono, metano, un montón de cosas que uno reconoce como cosas que están en los planetas".

"Se empieza a poner mucho más interesante la cosa, porque empezamos a ver en el universo cosas que conocemos y que reconocemos en la tierra, en particular empezamos a ver lo bloques fundamentales de la vida. Entonces es muy interesante la radioastronomía en ese sentido", añade.

Los plazos y aportes

Detalle de registro de señales electromagnéticas

© Foto : Gentileza Ricardo Finger

El proyecto desarrollado por los investigadores chilenos cuenta con dos años para obtener los resultados medidos. Comenzó en 2021, con un trabajo conjunto desde los laboratorios tanto en China como en Chile, haciendo pruebas y filtrando señales, para el 2022 hacerlo directamente en el FAST.

"Lo que se espera hacer es poder crear un mapa de estos FRB, tanto en otros lugares, en otras galaxias, como en nuestra galaxia, y además poder hacer como un zoom a la forma de la señal".

Esto les va a permitir aproximarse dentro de la señal, "y cuando uno puede hacer el zoom adentro de la señal, puede entender mucho mejor la física que la produjo".

"El objetivo último es poder decir: descubrimos, comprendimos, entendimos, cuáles son estos objetos extraños que hasta ahora nadie conocía o que nadie sabía que podían emitir este tipo de energía".