Radiotelescopio MIST será pionero en estudiar señales de baja frecuencia del origen del universo

La inmensidad del cielo ha sido desde siempre un misterio para los seres humanos, llevándolos a investigar y desarrollar tecnologías para comprender lo que hay fuera la atmósfera terrestre. Esa misma curiosidad fue la que movió a investigadores de la Universidad Católica de la Santísima Concepción (UCSC), a liderar el proyecto MIST (Mapper of the IGM Spin Temperature), que se está construyendo en la Universidad Mcgill en Montreal, Canadá.

Se trata de un radiotelescopio que tiene como principal objetivo la detección desde Chile de la señal del hidrógeno neutro de 21 cm, emitida durante la época de reionización del universo o del “amanecer cósmico”, cuando se formaron las primeras estrellas. Dicha señal fue inicialmente detectada por el radiotelescopio EDGES (Experiment to Detect the Global EoR Signature) en Australia en 2018, pero, tal como explican los investigadores de la UCSC, aún hace falta mediciones y análisis independientes que confirmen la existencia de esta emisión cósmica. Entre los datos obtenidos surgen posibles interacciones con la materia oscura durante esa época, algo que mantiene con gran expectación a la comunidad científica, y que corresponde a un aspecto en el que MIST podría aportar con datos importantes.

El equipo de trabajo está compuesto por Ricardo Bustos, investigador principal del proyecto y académico de la Facultad de Ingeniería dela UCSC; Raúl Monsalve, quien junto con ser co-investigador del proyecto, es investigador en la Universidad McGill e investigador asociado de la UCSC y forma parte del equipo de EDGES; Mauricio Díaz, ingeniero líder en LAIM-UCSC; y Francisco Espinoza, estudiante tesista de la carrera de Ingeniería Civil Eléctrica. Además, participan los investigadores de la Universidad McGill, Jonathan Sievers y Cynthia Chian;, de la Universidad de Chile, Oscar Restrepo y Patricio Mena de la Universidad de Chile; y del National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

MIST comenzó a construirse a fines de 2018, luego de que el laboratorio de Astro-Ingeniería y Microondas de la Universidad Católica de la Santísima Concepción (LAIM-UCSC) se adjudicara un fondo de Astronomía Quimal/Conicyt para el Desarrollo de Tecnologías de la Astronomía Nacional 2018, además de aportes de la UCSC. Sin embargo, el origen del proyecto forma parte de un trabajo más extenso que inició en 2013 con MARI (Medidor Autónomo de Radio Interferencia), que se enfocó en la búsqueda de un sitio en el norte de Chile con bajas radio-interferencias en las frecuencias entre 50 y 200 MHz, que es donde están las emisiones de canales de TV y la radio FM, que contaminan las débiles señales que MIST busca detectar.

Ricardo Bustos, explica que “desde la creación del LAIM-UCSC, la Universidad se ha ido fortaleciendo a través de la obtención de diversos tipos de proyectos concursables, desarrollando instrumentos, realizando mediciones en terreno y estableciendo colaboraciones con varios radiotelescopios del norte de Chile. Esto ha permitido posicionar nuestro trabajo dentro de los pocos centros de astro-ingeniería que existen en el país”.

DEL ÁRTICO AL DESIERTO

Mauricio Díaz, quien además es exalumno de la carrera de Ingeniería Civil Eléctrica, detalla que “MIST es un instrumento que, en palabras simples, usa el mismo concepto del receptor de la radio del auto. Posee una antena, un receptor para amplificar la señal, una etapa digitalizadora y un computador para el procesamiento y guardado de datos. Sin embargo, a diferencia de la radio del auto, la señal que pretendemos detectar es tan pequeña que el sistema debe estar tan bien calibrado y caracterizado para lograr descontar ruidos tales como la interferencia de radio (canales de TV, radio FM, satélites), ruidos atmosféricos, ruido galáctico y ruidos instrumentales. En esto último se requiere tener mucha precisión en el diseño, construcción y calibración, de manera de poder eliminar lo más posible todos estos efectos para así obtener la diminuta señal cosmológica que queremos detectar”.

La mayor parte de la construcción del radiotelescopio, que ya cuenta con un 60% de avance, se está realizando en la Universidad Mcgill, institución que, tras la contratación de Raúl Monsalve, ha generado lazos y colaboraciones valiosas. El instrumento, una vez listo, será instalado en el desierto chileno, en una ubicación encontrada por el proyecto MARI que cumple con las características de bajas radiointerferencias en la banda del espectro electromagnético.

No obstante, los investigadores del proyecto MIST no descartan realizar mediciones en otros lugares del país. Sobre esto, Mauricio Díaz sostuvo que “de forma preliminar podemos comentar que el próximo año llevaremos a mini-MIST (una versión más pequeña y portátil de MIST) al Ártico, específicamente a una de las bases de investigación científica que la Universidad McGill tiene en ese lugar, con la finalidad de calibrar y estudiar señales del amanecer cósmico difíciles de observar desde otros lugares del mundo. En líneas generales se espera que ambos instrumentos (MIST y mini-MIST) se encuentren totalmente operativos en junio de 2020, coincidiendo con la fecha en la que haríamos la expedición al Ártico. Posterior a esto la prioridad es establecer la logística para instalar MIST y la base de operaciones en el desierto chileno”.

INGENIEROS ABREN CAMINO AL ESPACIO

En el observatorio ALMA (así como en otros radiotelescopios en Chile), gracias a los cielos secos del norte chileno, se observan en altas frecuencias, es decir, de 30.000 MHz (o 30 GHz) hacia arriba, para distintos tipos de objetivos científicos. Sin embargo, MIST observará sólo en los 50 a 120 MHz, frecuencias en la que no existen radiotelescopios actualmente en Chile, dado que es difícil encontrar a nivel mundial sitios con baja contaminación. Es por esto que esta ubicación permitirá a futuro desarrollar proyectos científicos en bajas frecuencias, lo que ya ha llamado la atención de proyectos extranjeros.

No obstante, a pesar del avance a nivel local en materia de astro-ingeniería, Ricardo Bustos aclara que aún queda mucho por desarrollar. “La astro-ingeniería es un concepto a veces no muy bien entendido al confundirse con la astronomía. Sin embargo, los observatorios requieren de más ingenieros trabajando en desarrollo y en operaciones que los mismos astrónomos. De ahí que nuestros ingenieros Civil Eléctricos UCSC, que cuentan con una muy buena formación, pueden tener una orientación hacia instrumentación astronómica en nuestro Laboratorio, teniendo oportunidades de obtener puestos de trabajo en esta área”.

“Antiguamente, los observatorios usualmente traían a sus expertos desde el extranjero para las labores de ingeniería. Pero desde hace ya un tiempo, estamos viendo un cambio y cada vez más hay un porcentaje mayor de ingenieros nacionales quienes enfrentan estos desafíos en los observatorios. Por ello, desde el Laboratorio creamos las competencias para trabajar en observatorios astronómicos y en proyectos de astro-ingeniería que desarrollamos, tal como el radio telescopio MIST, MARI, radiómetros de 183 GHz, receptores de microondas, y estudio de sitios para radio astronomía, entre otros proyectos”, concluye Bustos.