La Colaboración LST del CTAO inaugurará el próximo 15 de octubre los cuatro grandes telescopios que formarán parte de la futura red CTAO-Norte, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma. La puesta en marcha de estos instrumentos marca un nuevo hito en la construcción del que está llamado a ser el mayor y más potente observatorio de astronomía de rayos gamma del mundo.
Los cuatro telescopios de gran tamaño, conocidos como LST, están diseñados para estudiar algunos de los fenómenos más extremos y energéticos del Universo. Entre sus objetivos está ayudar a determinar cómo se aceleran las partículas hasta alcanzar algunas de las energías más elevadas observadas en la Vía Láctea.
“Uno de los principales objetivos de los LST es estudiar los púlsares, estrellas de neutrones que albergan algunos de los campos magnéticos más potentes del Universo y actúan como aceleradores naturales de partículas”, explica Rubén López-Coto, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y miembro del Comité Ejecutivo de la Colaboración LST. “Aunque conocemos los rayos cósmicos desde hace más de un siglo, todavía no sabemos cómo alcanzan energías tan elevadas. Los Large-Sized Telescopes nos ayudarán a desvelar este misterio”.
Cómo funcionan los grandes telescopios de rayos gamma
Los LST son uno de los tres tipos de telescopios que integrarán el CTAO y están especialmente diseñados para detectar los rayos gamma de menor energía.
Estos rayos gamma no pueden observarse directamente desde la superficie terrestre. Cuando llegan a la atmósfera, provocan una cascada de partículas que genera una tenue luz conocida como luz Cherenkov. Los grandes espejos de los LST recogen esa señal y permiten transformarla en información sobre los objetos y fenómenos cósmicos que la han producido.
El primero de los cuatro telescopios, el LST-1, fue inaugurado en 2018 y desde entonces ha pasado por diferentes fases de puesta a punto y pruebas científicas. Con la incorporación de los otros tres telescopios quedará completado el conjunto de LST previsto para CTAO-Norte.
En los próximos años, estos instrumentos se integrarán con los telescopios de tamaño mediano previstos para La Palma, que ampliarán las capacidades de la futura red.
Más de 60 telescopios para observar el Universo más energético
El CTAO contará con más de 60 telescopios distribuidos en dos emplazamientos: CTAO-Norte, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma, y CTAO-Sur, en el desierto de Atacama, en Chile.
La participación española tiene además un peso relevante en el proyecto. Las instituciones españolas aportan casi un tercio de la contribución para la construcción de los LST, mientras que la ubicación de CTAO-Norte en territorio español permitirá a la comunidad científica nacional disponer de un acceso privilegiado al tiempo de observación del observatorio.
Iván Agudo, científico titular del CSIC en el IAA, subraya que “este acceso privilegiado a la mejor instalación de su tipo a nivel mundial supone una enorme ventaja competitiva para atraer y retener talento científico —tanto joven como veterano— dispuesto a desarrollar proyectos a largo plazo”.
Dentro de esta participación española, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) coordina el desarrollo del sistema informático de análisis de datos de los LST. Este sistema transforma las señales eléctricas captadas por los telescopios en información procesable y en datos de utilidad para la comunidad científica.
Uno de los principales retos consiste en separar la débil señal producida por los rayos gamma del ruido generado por otras partículas que también llegan a los telescopios. Para mejorar la detección y discriminación de estas señales, el equipo del IAA-CSIC ha incorporado técnicas de inteligencia artificial, entre ellas redes neuronales convolucionales, capaces de procesar y clasificar los datos de forma más rápida y eficiente.
“Aunque las técnicas de machine learning llevan años utilizándose en los telescopios Cherenkov, su evolución reciente ha sido exponencial. La incorporación de estas nuevas técnicas de IA permitirá superar algunos de los límites actuales y explorar nuevas posibilidades científicas con el CTAO”, señala Cristian Pozo, investigador predoctoral del grupo VHEGA del IAA-CSIC.
Los rayos cósmicos, uno de los grandes misterios que quieren resolver
El análisis de los datos obtenidos por los LST permitirá investigar algunas de las grandes incógnitas relacionadas con el origen de las partículas más energéticas de nuestra galaxia.
Una de las preguntas centrales es qué objetos cósmicos son capaces de acelerar partículas, como los protones, hasta alcanzar las energías más elevadas observadas en la Vía Láctea. Esta es una de las líneas de investigación de Marine Pihet, investigadora predoctoral del IAA-CSIC.
“Es realmente emocionante poder participar en un proyecto de estas características desde el inicio y acompañarlo desde las fases de diseño y construcción hasta su puesta en marcha y futura operación”, afirma Pihet.
Los resultados de estas observaciones pueden aportar información sobre los mecanismos que actúan en algunos de los entornos más extremos del Universo y sobre el origen de los rayos cósmicos, cuyo estudio continúa siendo uno de los grandes desafíos de la astrofísica de altas energías.
Los telescopios todavía tendrán que superar una fase de pruebas
La inauguración de los cuatro LST supondrá el final de su construcción, pero no el comienzo inmediato de la actividad científica plena.
A partir de ese momento comenzará una fase exhaustiva de puesta en marcha y verificación. Los telescopios tendrán que demostrar que funcionan correctamente antes de ser aceptados formalmente por la organización central del CTAO para incorporarse a la operación científica del observatorio.
El LST-1 será el primero en completar este proceso y está previsto que sea aceptado en 2027. A partir de entonces podrá dar paso a las primeras observaciones de la denominada «ciencia temprana» del CTAO.
“De este modo, la inauguración de los cuatro telescopios abre una nueva etapa en la que las capacidades construidas durante estos años comenzarán a traducirse en nuevos datos y descubrimientos sobre el Universo más energético”, concluye Olga Muñoz, directora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).
