MIST: radiotelescopio de la UCSC busca descifrar el amanecer cósmico

Con una publicación en la Sociedad Astronómica Chilena, el proyecto impulsado por el Laboratorio de Astro-Ingeniería de la Casa de Estudios, tiene como objetivo detectar la señal de hidrógeno neutro, que permitirá mejorar la comprensión sobre los orígenes del universo.

En San Pedro de Atacama, donde el cielo se despliega en su máxima pureza y la interferencia humana (casi) se desvanece, se encuentra el epicentro de la investigación astronómica en Chile. Es allí, entre otros puntos clave de la Tierra, donde la UCSC ejecuta un ambicioso proyecto, que podría entregar una pista sobre los orígenes del universo. Se trata de MIST (Mapper of the IGM Spin Temperature), el radiotelescopio diseñado y construido en el Laboratorio de Astro-Ingeniería de la Facultad de Ingeniería Casa de Estudios, que tiene el propósito de intentar “divisar” el amanecer cósmico.

Fue en septiembre pasado cuando, después de años de construcción y dedicación, se concretó un logro relevante para el proyecto, con la primera publicación en la Sociedad Astronómica Chilena (Sochias). «Ya hay publicación y ya hay como referenciar al telescopio. Y ese fue un hito para nosotros», señala el Dr. Ricardo Bustos, investigador principal, quien junto al Dr. Raúl Monsalve, co-investigador principal, ambos académicos de la Facultad de Ingeniería de la UCSC, lideran el proyecto, que cuenta con financiamiento de la Institución, y de fondos QUIMAL y ALMA de ANID, y participación de estudiantes de pre y postgrado, quienes trabajan, por ejemplo, en la validación del instrumento (ver foto).

Con la ventaja de ser transportable y de bajo requerimiento de energía, el instrumento MIST -cuya construcción comenzó en 2018, y cuenta con una antena conectada a un receptor que detecta y amplifica la señal captada- puede ser emplazado en lugares remotos, «lo más alejado posible de lugares urbanos donde no haya señal de ningún tipo, ni de radio FM, canales de televisión, comunicaciones, VHF (frecuencia muy alta), pero también hay que tener en cuenta las características del suelo, considerando por ejemplo, su conductividad. Así es como identificamos un lugar en el norte de Chile, en San Pedro de Atacama, que es muy bueno por estas características», explica el investigador de la UCSC. Este emplazamiento estratégico es esencial para captar la señal cosmológica del hidrógeno neutro, una emisión única que se origina en los inicios del universo cuando se formaron las primeras estrellas.

Hidrógeno neutro

El MIST observa entre los 25 y 105 megahertz. Luego de un proceso de filtrado y calibración, la señal es digitalizada para obtener los espectros. Sin embargo, la complejidad del instrumento radica en su capacidad para filtrar las interferencias. Desde la contribución instrumental (del propio radiotelescopio) hasta el ruido de la galaxia y la influencia del suelo, cada elemento se somete a un minucioso proceso de eliminación. El objetivo: aislar la señal del hidrógeno neutro entre el caos cósmico.

“Hace unos años en Australia el radiotelescopio el EDGES, detectó una señal de hidrógeno neutro. Sin embargo, no hay consenso científico sobre este descubrimiento. Si nosotros obtenemos el mismo resultado, significará que efectivamente la señal del EDGES era real. Por eso una parte relevante de nuestro trabajo inicial fue de buscar un lugar en Chile donde poder hacer esta observación, nos demoramos tres o cuatro años en identificar un punto donde instalarnos”, indica el académico de la Facultad de Ingeniería.

En el centro de esta exploración cósmica se encuentra la pregunta fundamental: ¿por qué el hidrógeno neutro? De acuerdo al Dr. Ricardo Bustos, “en esa época del universo lo único que había era una gran ‘sopa gigante’, una nube, y la mayor composición que había de hidrógeno neutro, no se habían formado todavía átomos más complejos. Y el hidrógeno neutro emite una señal a 1420 megahertz. Si nosotros queremos observar hacia el pasado, esa señal se va corriendo hacia más bajas frecuencias. Es como cuando uno escucha el ruido de la ambulancia, que cuando se aleja se escucha un tono más bajo de menor frecuencia, acá pasa lo mismo, cuando el universo se aleja mucho o cuando estamos mirando hacia el pasado las frecuencias van desplazándose hacia frecuencias más bajas”.

Encontrar esa señal permitirá acercarse al amanecer cósmico, periodo del universo entre la radiación de fondo cósmico y la formación de las primeras estrellas, que todavía no ha podido ser explorado. Si MIST tiene éxito, podría convertirse en la pieza faltante para comprender la transición cósmica más allá del Big Bang.

Sobre esa señal buscada, el investigador detalla que “el hidrógeno neutro tiene el electrón y el protón orbitando con respectivos giros, pero, por física cuántica, se da vuelta el giro una vez cada un millón de años. Al cambiar el giro sale una luz de a 1420 megahertz. Ahora, esa es una luz de un solo átomo, pero en ese tiempo eran miles de millones de átomos. Durante toda esa época no hay luz para observar con telescopio, sólo esa señal. Posteriormente se formaron las primeras estrellas y ahí empezó todo: las primeras estrellas empiezan a brillar, se juntan, colapsan los átomos, arman el primer sol y evoluciona el universo, se forman nuevas estrellas, después galaxias. Esa etapa inicial del universo está sin ser observada y esta es la manera que nos permitirá indicar si los modelos están correctos”.

Próximas campañas de observación

A la fecha, MIST ha realizado distintas campañas de observación en sitios del desierto de California y Nevada, y en la Estación Científica MARS de la Universidad de McGill en el Ártico canadiense, donde tienen proyectado volver durante 2024, así como también al este de San Pedro de Atacama.

“En Chile actualmente no hay otra iniciativa en esta misma línea de investigación. En el país ya hay varios radiotelescopios operando, se han formado más profesionales en esta disciplina, y hay varios laboratorios de astroingeniería en instituciones de educación superior, como en la Universidad de Chile, Universidad Católica, Universidad de Concepción, y nosotros en la UCSC, entre otros”, indica el Dr. Ricardo Bustos.

Para el investigador, es el crecimiento de ese nicho el que ha hecho que más profesionales especializados se formen en el área. A su juicio “ese interés ha hecho que acá, en la UCSC, hemos estado preparando profesionales de la carrera de ingeniería Civil Eléctrica, algunos ya trabajando en observatorios. Esperamos, como Laboratorio de Astro-Ingeniería, que estas campañas de observación para 2024 resulten exitosas. Ellas permitirán ampliar el tiempo de integración de las observaciones y desde distintas latitudes”.