La NASA elige el telescopio PRIMA para estudiar el universo oculto en el infrarrojo lejano

La NASA ha seleccionado un nuevo telescopio espacial diseñado para observar el universo en luz infrarroja lejana, un rango de longitudes de onda que los observatorios actuales no pueden detectar eficazmente. La misión, de $1 billion, denominada PRIMA, será desarrollada y operada por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA, gestionado por Caltech.

La misión sonda de infrarrojo lejano para astrofísica, cuyo nombre en inglés es Probe far-Infrared Mission for Astrophysics, examinará objetos y procesos ocultos para los telescopios de luz visible. El IPAC de Caltech dirigirá el centro científico de la misión, donde recibirá y procesará las observaciones, conservará los datos resultantes y coordinará el acceso de los astrónomos al observatorio.

PRIMA está concebido para responder preguntas sobre cómo se desarrollan las galaxias y los agujeros negros supermasivos, cómo surgen las estrellas y los sistemas planetarios, y cómo las atmósferas planetarias adquieren su composición. Los científicos también lo utilizarán para investigar los orígenes del polvo y de los elementos más pesados en todo el universo.

Una visión más fría y nítida

El telescopio y sus detectores se enfriarán a cientos de grados bajo cero. Reducir su temperatura tiene como objetivo suprimir las interferencias relacionadas con el calor, que pueden difuminar o eclipsar las débiles señales procedentes de fuentes cósmicas lejanas.

La NASA afirma que el diseño debería hacer que PRIMA fuera mucho más sensible que las misiones anteriores de infrarrojo lejano y, al mismo tiempo, que produjera imágenes con un nivel de detalle inusualmente alto. El observatorio cubrirá longitudes de onda de entre 24 y 235 micrómetros. El extremo más corto equivale aproximadamente a un tercio del grosor de un cabello humano; las longitudes de onda más largas son más o menos equivalentes a dos hojas de papel apiladas.

Un telescopio de 1.8 metros enfriado criogénicamente alimentará dos instrumentos principales. PRIMAger utilizará polarimetría de imagen para inspeccionar amplias zonas del cielo, mientras que FIRESS proporcionará espectroscopia multimodo de alta resolución. En conjunto, los instrumentos permitirán a los investigadores estudiar tanto la ubicación de objetos lejanos como la información física y química codificada en su luz.

Entre los objetivos de la misión se encuentran el nacimiento de estrellas y sistemas planetarios, las propiedades cambiantes de las galaxias a lo largo de la historia cósmica, las atmósferas de exoplanetas y los cuerpos de nuestro propio sistema solar. Nicky Fox, administradora asociada de la NASA, describió PRIMA como una nueva forma de investigar la formación de planetas, estrellas y agujeros negros, así como la historia del agua en la Tierra.

Una nueva categoría de misión

PRIMA será la primera misión de astrofísica de la NASA perteneciente a la clase de sondas. La categoría fue recomendada por el Estudio Decenal Astro 2020, dirigido por la física de Caltech Fiona Harrison. Las misiones sonda están concebidas para ocupar el espacio entre las misiones Explorer, más pequeñas, como SPHEREx, y los grandes observatorios insignia, entre ellos el telescopio espacial Nancy Grace Roman.

El JPL supervisará la arquitectura de la misión y la ingeniería de sistemas, y se encargará de integrar la nave espacial con su carga útil científica. Caltech y el JPL han participado en el concepto y el desarrollo tecnológico de PRIMA, apoyándose en décadas de trabajo en astronomía infrarroja.

El observatorio utilizará detectores de inductancia cinética de microondas superconductores, también conocidos como MKID o KID. El físico de Caltech Jonas Zmuidzinas y el ingeniero del JPL Rick LeDuc desarrollaron la tecnología en 1999. Según la universidad, los primeros trabajos sobre el uso de materiales superconductores para detectar radiación infrarroja lejana comenzaron de manera informal en una cafetería cercana a Caltech.

Los detectores se probaron en el ya cerrado Observatorio Submilimétrico de Caltech, en Hawái, en 2007, y posteriormente volaron en instrumentos terrestres y aerostatos. Durante los últimos cinco años, investigadores de Caltech, el JPL y el Laboratorio de Microdispositivos del JPL han trabajado para mejorar la sensibilidad de las matrices y hacerlas lo bastante robustas para los vuelos espaciales. Las matrices prototipo ya han demostrado el nivel de preparación necesario para PRIMA.

Zmuidzinas afirmó que el largo desarrollo de la tecnología ha creado una oportunidad para aumentar considerablemente la sensibilidad en una parte del espectro relativamente poco explorada. Caltech señaló que la mejora prevista podría ser de aproximadamente mil veces.

Datos para toda la comunidad astronómica

El IPAC apoyará la planificación de la misión, la programación de observaciones, la calibración y el procesamiento de datos. Las observaciones del telescopio se almacenarán en el Archivo de Ciencia Infrarroja, que ya alberga datos de más de 20 misiones de la NASA.

El centro se apoyará en la experiencia de misiones como el telescopio espacial Spitzer de la NASA, que operó entre 2003 y 2020, SPHEREx de la NASA y el observatorio Herschel de la Agencia Espacial Europea. El IPAC también ha apoyado observatorios en la Tierra, desarrollando conocimientos especializados que se aplicarán a las operaciones de PRIMA.

Una vez que el observatorio funcione a plena capacidad, se espera que aproximadamente el 75 por ciento de su tiempo de observación se asigne mediante propuestas revisadas por pares de la comunidad científica en general. Más de 400 astrónomos ya han presentado casi 200 usos propuestos para los datos de PRIMA.

Una de las áreas de interés es el estudio de los flujos moleculares procedentes de las galaxias. Estas corrientes de material pueden acompañar periodos de rápida formación estelar o de actividad del agujero negro central de una galaxia, y podrían influir en la forma en que crecen las galaxias. Herschel observó flujos de este tipo en un número limitado de galaxias cercanas; PRIMA pretende ampliar esa investigación a un rango mucho más extenso de la historia cósmica.