Los globos de gran altitud han atraído mucho fuego últimamente. En febrero, el ejército de EE. UU. derribó un globo espía potencialmente operado por el gobierno chino y un “fenómeno aéreo no identificado” que más tarde se reveló como probablemente un globo aficionado.
Entonces, cuando la gente vio otro globo grande en el hemisferio sur a principios de mayo, existía la preocupación de que pudiera ser otro dispositivo de espionaje. En cambio, representa el futuro de la astronomía: telescopios transportados en globos que miran profundamente en el espacio sin salir de la estratosfera.
“Estamos mirando hacia arriba, no hacia abajo”, dice william jones, profesor de física en la Universidad de Princeton y jefe del equipo del Telescopio de Imágenes de Globos de Super Presión (SuperBIT) de la NASA. Lanzado desde Wānaka, Nueva Zelanda, el 15 de abril, el telescopio de casi 10 pies de altura ya ha dio la vuelta al hemisferio sur cuatro veces en un globo del tamaño de un estadio de fútbol hecho de película de polietileno. Sus tres cámaras a bordo también tomó impresionantes imágenes de las galaxias de la Nebulosa de la Tarántula y de las Antenas para rivalizar con los del Telescopio Espacial Hubble. Los hallazgos de SuperBIT podrían ayudar a los científicos a desentrañar uno de los mayores misterios del universo: la naturaleza de la materia oscura, un material teóricamente invisible que solo se conoce por sus efectos gravitatorios sobre los objetos visibles.
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Los científicos pueden usar observatorios de siguiente nivel como el Telescopio Espacial James Webb para investigar la materia oscura, confiando en sus grandes espejos y posiciones fuera de la turbulenta atmósfera de la Tierra para obtener vistas prístinas de objetos celestes extremadamente distantes. Pero desarrollar un telescopio espacial y lanzarlo en un poderoso cohete es costoso. Poner el Hubble en órbita costó alrededor de 1.500 millones de dólares, por ejemplo, y enviar el JWST al punto 2 de Lagrange costó casi 10.000 millones de dólares.
SuperBIT requirió solo $ 5 millones para su lanzamiento, un recorte de precios derivado de la relativa baratura de los globos en comparación con los cohetes y la barrera de entrada más baja para que los trabajadores calificados construyan el sistema.
“Todo está a cargo de los estudiantes. Eso es lo que hace que proyectos como estos sean tan ágiles y capaces de hacer tanto con recursos limitados”, dice Jones, refiriéndose a la colaboración SuperBIT entre Princeton, la Universidad de Durham en el Reino Unido y la Universidad de Toronto en Canadá. “No tenemos ingenieros ni técnicos profesionales que trabajen en esto a tiempo completo; solo los estudiantes de posgrado tienen el lujo de poder dedicar su atención a tiempo completo al proyecto”.
SuperBIT no es el primer telescopio llevado en un globo: ese honor es para Estratoscopio I, que fue construido en 1957 por otro grupo de astronomía en Princeton. Pero SuperBIT es uno de un puñado de nuevos observatorios hechos posibles gracias a 20 años de investigación de la NASA en los llamados globos de superpresión. Ese trabajo finalmente culminó con vuelos de prueba a partir de 2015 y el primer lanzamiento innovador con SuperBIT.
Los globos tradicionales contienen un gas de elevación que se expande a medida que el sol lo calienta y que la presión atmosférica cambia con la altitud. Eso cambia el volumen de la envoltura y, a su vez, la flotabilidad del globo, lo que hace imposible mantener una altitud constante a lo largo del tiempo.
Los globos de superpresión mantienen el gas de elevación, generalmente helio, presurizado dentro de una envoltura principal para que el volumen y la flotabilidad permanezcan constantes durante el día y la noche. Luego, el globo usa un globo más pequeño, un globo, dentro o debajo de la envoltura principal como lastre, llenando o vaciando la bolsa de aire comprimido para cambiar la altitud y dirigir el barco de manera efectiva.
El globo de súper presión que lleva SuperBIT puede mantener una altitud de 108,000 pies (más alta que el 99.2 por ciento de la atmósfera de la Tierra) mientras transporta la carga útil de 3,500 libras de instrumentos científicos. A diferencia de JWST y otras misiones, el propósito del telescopio SuperBIT no es ver franjas más lejanas o más amplias del universo ni detectar exoplanetas. En cambio, está buscando signos de una entidad más omnipresente y enigmática.
“La materia oscura no está compuesta por ninguno de los elementos o partículas con los que estamos familiarizados a través de las observaciones cotidianas”, dice Jones. Dicho esto, hay mucho de eso a nuestro alrededor: podría compensar alrededor del 27 por ciento del universo. “Sabemos esto a través de la influencia gravitacional que tiene sobre la materia habitual (estrellas y gas, y similares) que podemos ver”, que constituyen alrededor del 5 por ciento del universo, explica Jones.
Los científicos estiman que el 67 por ciento restante del cosmos está hecho de energía oscura, otro material en gran medida misterioso que no debe confundirse con la materia oscura. Mientras que la gravedad de la materia oscura puede ayudar a unir las galaxias y estructurar la forma en que pueblan el cosmos, la energía oscura puede ser responsable de la expansión acelerada de todo el universo.
Los investigadores investigan las fuerzas extremas donde podría existir la materia oscura y calculan su presencia mediante la observación de cúmulos galácticos tan masivos que su gravedad desvía la luz que pasa junto a ellos desde objetos más distantes, una técnica conocida como lente gravitacional. Los astrónomos pueden usar este enfoque para convertir las galaxias en una especie de lente de aumento para ver objetos más distantes de lo que normalmente podrían ver (algo en lo que JWST sobresale). También puede revelar la masa de los cúmulos galácticos que forman la “lente”, incluida la cantidad de materia oscura que los rodea.
“Después de medir cuánta materia oscura hay y dónde está, estamos tratando de averiguar qué es la materia oscura”, dice Richard Massey, miembro del equipo científico SuperBIT y profesor de física en la Universidad de Durham. “Hacemos esto observando los pocos lugares especiales en el universo donde los bultos de materia oscura se estrellan entre sí”.
Esos lugares incluyen las dos grandes galaxias Antennae, que están en proceso de colisionar a unos 60 millones de años luz de la Tierra. Massey y otros han estudiado las galaxias Antennae usando el Hubble, pero “le da un campo de visión demasiado pequeño para ver las titánicas colisiones de la materia oscura”, dice Massey. “Entonces, tuvimos que construir SuperBIT”.
Al igual que Hubble, SuperBIT ve luz en el rango visible a ultravioleta, o longitudes de onda de 300 a 1000 nanómetros. Pero mientras que el campo de visión más amplio del Hubble es menos de una décima de grado, el campo de visión de SuperBIT es más amplio en medio grado, lo que le permite obtener imágenes de franjas más amplias del cielo a la vez. Eso a pesar de tener un espejo más pequeño (medio metro de diámetro en comparación con los 1,5 metros del Hubble).
SuperBIT tiene otra ventaja sobre los telescopios espaciales. Con menos tiempo desde el desarrollo hasta el despliegue y sin los complejos accesorios necesarios para protegerlo de la radiación, las temperaturas extremas y los desechos espaciales, el equipo de SuperBIT pudo usar sensores de cámara mucho más avanzados que los de los telescopios espaciales existentes. Mientras que la cámara de campo amplio 3 del Hubble contiene un par de sensores de 8 megapíxeles, dice Jones, SuperBIT contiene un sensor de 60 megapíxeles. El telescopio transportado por un globo también está diseñado para flotar en un paracaídas después del final de cada vuelo, lo que significa que los científicos pueden actualizar la tecnología regularmente desde tierra.
“Actualmente estamos comunicarse con SuperBIT en vivo, las 24 horas del día, durante los próximos 100 días”, dice Massey. “Acaba de terminar su cuarto viaje alrededor del mundo, experimentando las luces del sur, la turbulencia sobre los Andes y el frío tranquilo sobre el medio del Océano Pacífico”. El equipo espera recuperar el sistema en algún momento a fines de agosto, probablemente en el sur de Argentina, según Jones.
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SuperBIT puede ser solo el comienzo. La NASA ya financió el desarrollo de un telescopio de imágenes de globo de clase Gigapixel (GigaBIT), que tendrá un espejo tan ancho como el del Hubble. No solo se espera que sea más barato que cualquier telescopio espacial que detecte el mismo espectro de luz, GigaBIT también sería “mucho más poderoso que cualquier cosa que probablemente se coloque en el espacio a corto plazo”, dice Jones.
En cuanto a si SuperBIT resolverá el misterio de qué es la materia oscura, es demasiado pronto para saberlo. Después de algunos vuelos, los estudiantes de posgrado tendrán que estudiar detenidamente los hallazgos del proyecto.
“¿Cuál será el [data] ¿Dinos? ¡Quién sabe! Esa es la emoción de esto, y también el secreto culpable”, dice Massey. “Después de 2000 años de ciencia, todavía no tenemos ni idea de cuáles son los dos tipos de cosas más comunes en el universo, o cómo se comportan”.