TELESCOPIO MAGALLANES GIGANTE TRANSFORMANDO NUESTRA COMPRENSIÓN DEL UNIVERSO

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1 TELESCOPIO MAGALLANES GIGANTE TRANSFORMANDO NUESTRA COMPRENSIÓN DEL UNIVERSO

2 La Vía Láctea GMTO, Damien Jemison RESUMEN EJECUTI Instituciones Fundadoras del GMT El proyecto Telescopio Magallanes Gigante fue creado por un consorcio internacional de prestigiosas universidades e instituciones científicas, entre las que se incluyen: Astronomy Australia Limited Australian National University Carnegie Institution for Science Harvard University Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias del Espacio Fundación para la Investigación de Sao Paulo, FAPESP Smithsonian Institution The University of Texas at Austin Texas A&M University University of Arizona University of Chicago Contáctenos Organización Telescopio Magallanes Gigante Av. Presidente Riesco 5335, Suite 501 Las Condes, Santiago, Chile info@gmto.org GMTO.org 2

3 IVO El Telescopio Magallanes Gigante espera convertirse en el primero de una nueva generación de "telescopios extremadamente grandes". Cuando inicie sus operaciones científicas, a comienzos de la próxima década, el GMT abrirá una nueva era de descubrimientos en áreas fundamentales de la astrofísica, la cosmología y el estudio de los planetas extrasolares. El GMT posee siete espejos gigantes, del tamaño máximo que es posible fabricar, los que forman un sistema óptico capaz de obtener imágenes diez veces más nítidas que las del Telescopio Espacial Hubble. Los espejos del GMT se fabrican en el Laboratorio Richard F. Caris de la Universidad de Arizona. Seis de estos espejos son asimétricos, lo que constituye uno de los mayores desafíos ópticos a gran escala de nuestros días. El primero de estos espejos, ya terminado, cumple con todas las especificaciones técnicas. El GMT se construirá en Chile, en el cerro Las Campanas, en el límite entre las regiones III y IV en la Cordillera de Los Andes, un lugar que cuenta con unos de los cielos más oscuros y transparentes del mundo. El terreno de Las Campanas fue adquirido por Carnegie en 1969, y ha funcionado como un sitio de primer nivel para la observación astronómica durante casi 50 años. El GMT trabajará coordinadamente con una serie de instalaciones astronómicas situadas en la Tierra y en el espacio, especialemente con aquellas que observan el cielo del hemisferio sur. Su gran poder de resolución permitirá aprovechar los resultados obtenidos con el Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos (LSST por su sigla en inglés), ubicado a unos 100 km al sur de Las Campanas, que realizará exhaustivos mapas del cielo nocturno en busca de objetos en tránsito, cuerpos pequeños en el exterior del sistema solar y supernovas distantes. El proyecto GMT es liderado por una corporación sin fines de lucro establecida en Delaware (GMTO) que se rige por un acuerdo marco entre las instituciones fundadoras. GMTO es reconocida por el gobierno de Chile como una organización internacional con ciertos privilegios diplomáticos. El proyecto inició su Etapa de Construcción en

4 NGC 346 NASA ESA y A Nota (STScVESA) TELESCOPIO MAGALLANES GIGA Espejo VLT (Very Large Telescope) Observatorio Europeo Austral El Telescopio Magallanes Gigante pertenece a una nueva generación de telescopios terrestres "extremadamente grandes" diseñados para proporcionar una nitidez y sensibilidad sin precedentes para la observación astronómica. El GMT utilizará tecnología óptica de vanguardia para combinar siete espejos en un solo gran telescopio, capaz de alcanzar diez veces la resolución angular del telescopio espacial Hubble en la región infrarroja del espectro. El GMT podrá explorar el origen de los elementos químicos, la formación de las primeras estrellas y galaxias y los misterios de la materia y la energía oscuras. También podrá caracterizar las condiciones existentes en planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. El GMT será una herramienta poderosa para varias generaciones de destacados investigadores ya que su objetivo es el de convertirse en el primero de la generación de telescopios extremadamente grandes en entrar en operaciones, con una vida útil de 50 años o más. Historia del Proyecto El desarrollo del concepto del GMT comenzó a principios de la década del 2000, en el contexto de la exitosa entrada en operaciones de varios telescopios de 8 metros de diámetro en Chile, Hawaii y el suroeste de los Estados Unidos. Dos tecnologías diferentes, ambas desarrolladas en los años 80, permitieron producir 4 Gran Telescopio Binocular Observatorio LBT, Aaron Ceranski

5 ANTE Espejo de 200 pulgadas Observatorio Palomar / Instituto de Tecnología de California espejos individuales de más de 5 metros de diámetro. Una de ellas, liderada por Corning en EE.UU. y Schott en Europa, utilizaba un material parecido a la cerámica que logra mantener su forma frente a los cambios de temperatura. Este material se utilizó para fabricar los espejos delgados que forman el Very Large Telescope de la ESO y los gemelos Gemini Norte y Sur de 8 metros. La segunda tecnología, desarrollada en la Universidad de Arizona, siguió la tradición del espejo de cerro Palomar que consiste en grandes espejos rígidos de vidrio, con una estructura interior de panal de abeja, que se puede moldear para crear formas complejas. Entre los observatorios que utilizan los grandes espejos de Arizona se cuentan el MMT, el Gran Telescopio Binocular y los dos Telescopios Magallanes. El diseño del GMT es el resultado de una serie de discusiones lideradas por Carnegie, Arizona y Smithsonian, entre otros, sobre el paso siguiente después de los telescopios de 8 a 10 metros. La excelente calidad de imagen obtenida con los Telescopios Magallanes, que utilizan espejos de Arizona, fue el factor determinante para seleccionar tanto la tecnología de espejos con estructura de panal de abeja, así como el sitio de Las Campanas. Palomar: disco de 5.1m del Telescopio Hale Observatorio Palomar / Instituto de Tecnología de California 5

6 Galaxias de las Antenas NGC NASA, ESA, y el Equipo Patrimonial del Telescopio Hubble (STScl / AURA) El diseño del GMT responde a una visión científica de alto nivel contenida en el documento Scientific Opportunities with the Giant Magellan Telescope. Los objetivos allí descritos coinciden en gran medida con las prioridades científicas identificadas en las encuestas de 2000 y 2010 realizadas por el Consejo Nacional de Investigación de EE.UU sobre astronomía y astrofísica. Tiago Campante/Peter Devine Kepler-444 METAS CIENTÍFICA La evidencia histórica demuestra que grandes aumentos en el área de recolección de luz generan nuevos descubrimientos basados en la observación y conducen a hallazgos imprevistos. Este hecho, por sí solo, es un impulso fundamental para la próxima generación de telescopios. El GMT nos ayudará a entender la masa, estructura, composición y diversidad de planetas que orbitan otras estrellas, incluyendo planetas ubicados en la zona habitable, donde el agua puede encontrarse en estado líquido. Su espectroscopía de alta precisión le permitirá detectar planetas con masas similares a la de la Tierra y analizar la composición de la atmósfera de planetas que transitan frente a sus estrellas. NASA, ESA, P.Challis y R. Kirshner SN 1987A Propiedades de los Planetas Extrasolares Poblaciones Estelares y Química Cósmica Los átomos más pesados que el litio se formaron al interior de las estrellas o en explosiones supernovas. Los espectrógrafos de alta precisión del GMT permitirán estudiar la química de las estrellas más viejas de la Vía Láctea y de otras galaxias cercanas, con el fin de entender las condiciones existentes en el universo primitivo. 6

7 AS Formación y Evolución de Galaxias NASA, ESA, J.Merten y D. Coe (NASA, ESA y L. Infante) Cúmulo Galáctico, Fronteras del Conccimiento del Universo; Telescopio Hubble Cúmulo de Pandora; Galaxia Abel 2744 Las galaxias adquirieron su actual forma elíptica o espiral, así como sus estructuras, hace unos 8 mil millones de años. Gracias al GMT, podremos observar la formación y fusión de galaxias a partir de estructuras más pequeñas en los primeros mil millones de años después del Big Bang. Materia Oscura, Energía Oscura y Física Fundamental El GMT examinará las propiedades de la materia oscura y la pregunta de cuán oscura realmente es, mediante el análisis de su estructura a través de lentes gravitacionales y el estudio del movimientos de estrellas en galaxias abundantes en materia oscura. Primera Luz y Reionización Aproximadamente 400 mil años después del Big Bang, los electrones y protones se combinaron y formaron los primeros átomos. El universo permaneció en la oscuridad durante los siguientes 50 a 100 millones de años, hasta que se comenzó a iluminar con la energía liberada por las primeras estrellas, los agujeros negros activos y las galaxias. El GMT ayudará a estudiar esta época de la primera luz" en la cual se formaron las primeras estrellas y galaxias. 7

8 Vista desde Las Campanas GMTO, Damien Jemison El sitio del GMT El equipo del Proyecto llevó a cabo un amplio estudio de posibles sitios en el Observatorio Las Campanas (LCO), propiedad de Carnegie, por sus excelentes condiciones de estabilidad atmosférica, buen clima y cielos oscuros. Se eligió la cumbre del cerro Las Campanas como ubicación para el GMT en el año 2011 gracias a la excelente calidad de imagen que ofrecía y la gran superficie de su cima. TECNOLOGÍA DE PUNT Principales Elementos del GMT El GMT se basa en tecnologías desarrolladas durante las últimas décadas, mejoradas con sistemas de última generación en detectores, control y precisión del movimiento del telescopio, además de avanzados dispositivos optomecánicos. Espejos Primarios Los espejos del GMT son producidos en el Laboratorio Richard F. Caris de la Universidad de Arizona. Utilizan un vidrio de alta tecnología que les permite conservar su forma con gran precisión, frente a los cambios de temperatura ambiental que experimenta el sitio del observatorio. Bajo la superficie delantera, el vidrio posee una estructura rígida con forma de panal de abeja que es 85% más liviana que la de un espejo sólido. Sofisticadas herramientas de pulido de espejos le van dando forma a la superficie frontal, la que debe pasar las múltiples pruebas ópticas. La fabricación de los grandes espejos fuera de eje, que rodean el espejo central, fue identificado como el mayor riesgo técnico del proyecto. Como mecanismo de mitigación, y para demostrar su factibilidad técnica, el primer espejo fuera de eje fue fundido en 2005 y alcanzó todas las especificaciones técnicas en Cuatro espejos en total ya fueron fundidos y se encuentran en distintas etapas de producción. El vidrio para los espejos 5 y 6 ya fue adquirido. Instrumentos Científicos Los instrumentos científicos, principalmente cámaras y espectrógrafos, capturan, reformatean y registran la luz que recoge el telescopio para utilizarla en investigaciones científicas. La comunidad de usuarios del GMT ha seleccionado una serie de instrumentos de última generación que permitirán realizar programas científicos de alta prioridad. Los instrumentos escogidos son principalmente espectrógrafos dispositivos ópticos que dispersan la luz en los distintos colores que la componen. Dos de los espectrógrafos del GMT funcionarán en el intervalo de luz visible mientras que los otros dos serán sensibles a la luz infrarroja. Para cada una de estas longitudes de onda, los expertos han diseñado un espectrógrafo de alta resolución para realizar observaciones de precisión, y un espectrógrafo de gran campo que ha sido optimizado para detectar fuentes muy débiles. Un avanzado sistema de fibra óptica, que utiliza posicionadores robóticos

9 TA muy pequeños, amplificará las capacidades de la mayoría de estos espectrógrafos y les permitirá acceder a todo el campo visual que ofrece el innovador diseño óptico del GMT. Pero antes, una simple cámara de puesta en marcha apuntará por primera vez al cielo, permitiendo que el equipo del GMT mida el desempeño del telescopio al obtener sus primeros datos científicos. Los primeros instrumentos científicos para el GMT están siendo desarrollados por científicos e ingenieros de las instituciones asociadas, especialmente por el Smithsonian Institution, la Universidad Nacional de Australia, la Universidad de Texas A&M y la Universidad de Texas en Austin. En las demás instituciones asociadas, varios científicos participan en los equipos de desarrollo de instrumentos. Estructura Mecánica del Telescopio La montura del telescopio tiene una altura de 36 metros desde el piso de observación y alcanza casi 48 metros desde la base de la fundación hasta la parte superior del sistema de soporte del espejo secundario. El telescopio cuenta con un sistema de dos ejes, en altitud y en azimut, que permite una estructura compacta de alto rendimiento. La estructura óptica de apoyo del telescopio se mueve sobre dos rodamientos anti fricción que emplean presión hidrostática para lograr que el telescopio flote sobre una película de aceite de apenas 50 micrones de espesor. Sistema de Óptica Adaptativa La óptica adaptativa (OA) compensa las distorsiones introducidas por la atmósfera terrestre mediante el uso de elementos ópticos deformables. El sistema de óptica adaptativa del GMT permitirá que el telescopio produzca imágenes limitadas solamente por el tamaño del espejo primario. La óptica adaptativa del GMT se basa en la tecnología de espejo deformable desarrollada para el MMT y el Gran Telescopio Binocular (LBT) y que se perfeccionó para los telescopios Magallanes y el VLT de ESO. Infraestructura del Sitio y de la Cúpula La cúpula o domo de 22 pisos cuenta con varias puertas corredizas que se abren en la noche para permitir la libre circulación del aire y asegurar que la temperatura nocturna del interior se asemeje lo más posible a la temperatura nocturna ambiental. El diseño de la cúpula está casi listo y falta la revisión detallada de la firma de arquitectura e ingeniería seleccionada para esta tarea. 9

10 La Vía Láctea y el GMT ESO/S. Brunier y GMTO PANORAMA ASTRONÓMICO Otros Proyectos de Telescopios Extremadamente Grandes (ELT) En este momento se están llevando a cabo tres proyectos de telescopios extremadamente grandes en el mundo. Aparte del GMT, un consorcio de organizaciones gubernamentales de Canadá, Japón, China e India se han asociado con la Universidad de California y Caltech para diseñar y construir el Telescopio de Treinta Metros (TMT), basado en la arquitectura de espejo de pequeños segmentos de los Telescopios Keck. El Observatorio Europeo Austral (ESO), una organización intergubernamental europea, tiene planes para construir un telescopio de 39 metros en Chile, denominado E-ELT. Dicho telescopio también utiliza una gran cantidad de segmentos de espejos pequeños (~ 1.000) para formar el espejo primario. Se podría suponer que el resultado científico de un telescopio depende únicamente del tamaño de su espejo. Pero en la práctica, la productividad científica de un telescopio está determinada por una serie de factores que incluyen no sólo el área de recolección de luz, sino también la calidad de la imagen y el campo visual en el cielo. Muchos programas requieren observaciones científicas de cuerpos celestes muy débiles en comparación con el resplandor del cielo nocturno. Un telescopio capaz de producir imágenes nítidas y de alto contraste con el cielo, que además ofrece un amplio campo visual, es capaz de optimizar el impacto del tamaño de su espejo. El GMT ofrece una combinación ideal de imágenes nítidas, tanto en su modo estándar como el de óptica adaptativa, y, gracias a su sistema óptico compacto, posee un campo visual relativamente amplio. Este sistema óptico le otorga al GMT una ventaja comparativa al permitir el uso de instrumentos también compactos. Esto permite variadas opciones de diseño óptico, rendimiento técnico (como velocidad de procesamiento y resolución espectral), rendimiento mecánico, condiciones operacionales (intercambio y manipulación de instrumentos) y el costo de los instrumentos. Gran Telescopio de Rastreos Sinópticos LSST

11 LSST, ALMA, JWST El GMT y otros telescopios Telescopio Espacial extremadamente grandes realizarán James Webb de la NASA un detallado trabajo de seguimiento Northrop Grumman de las observaciones realizadas por otros telescopios terrestres tales como el ALMA (Gran Conjunto Milimétrico/ submilimétrico de Atacama) y el LSST (Gran Telescopio de Rastreos Sinópticos). El LSST comenzará sus 10 años continuos de exploración del cielo nocturno aproximadamente en la misma época de la primera luz del GMT y se espera que el GMT esté en condiciones de hacer descubrimientos en sinergia con el LSST. El trabajo de seguimiento que realizará el GMT complementará las observaciones realizadas por telescopios espaciales como el Telescopio Espacial James Webb, del mismo modo en que los telescopios terrestres de 8 metros como el Gemini y el Keck trabajan actualmente de manera complementaria con el Telescopio Espacial Hubble. Migración de la infraestructura astronómica hacia el Sur Chile albergará más de la mitad de la capacidad mundial de recolección de luz del universo hacia el año Los sitios astronómicos chilenos poseen cielos oscuros y ofrecen una vista privilegiada del centro galáctico. Entre los atractivos del cielo austral se encuentran algunos de los cúmulos más brillantes y las galaxias vecinas más cercanas: las Nubes de Magallanes. Chile ha surgido como anfitrión extraordinario para la comunidad astronómica al gozar de una de las economías más estables y prósperas de la región, además de una excelente infraestructura energética, vial y de comunicaciones. El gobierno chileno colabora activamente con la comunidad astronómica para proteger los sitios astronómicos de las diferentes formas de contaminación. ALMA NRAO/AUI y NRAO/AUI/ESO 11

12 Sitio de Apoyo 1 del GMT. GMTO, Eduardo Donoso PRESUPUESTO Y CRO Presupuesto En el año 2014, el Directorio estableció un máximo para el presupuesto total de capital del proyecto GMT de $1,05 mil millones de dólares. La estimación del costo del proyecto se basa en una programación detallada de recursos en función de una cronología, actividades e hitos predeterminados, además de la estimación individual del costo de compras y servicios. El desglose de los costos se muestra en la siguiente tabla. Desglose por Etapas Para planificación y presupuesto, la gestión del proyecto GMT se ha dividido en cuatro etapas: 1. Diseño conceptual 2. Desarrollo del diseño 3. Construcción y puesta en marcha 4. Etapa de Operación Desglose Presupuestario (%) Operaciones (6%) Cúpula e Instalaciones (23%) Software y Controles (7%) Instrumentos Científicos (13%) Sistema de Espejo Primario (22%) Óptica Adaptativa (13%) Sistema del Telescopio (16%) 12

13 ONOLOGÍA Presidenta de Chile, Michelle Bachelet Jeria Diseño Conceptual En el 2006 se llevó a cabo la primera gran revisión externa del proyecto. En la revisión conceptual del diseño, un panel externo de expertos analizó el concepto básico, las principales razones científicas del proyecto, la infraestructura de apoyo para el GMT, incluyendo el presupuesto y cronograma desde el punto de vista conceptual. Luego del informe favorable entregado por el panel, el proyecto inició su transición desde la etapa de Diseño Conceptual a la etapa de Desarrollo del Diseño. Los diseños conceptuales de la primera generación de instrumentos científicos se desarrollaron en el período en las instituciones fundadoras. Mediante contratos con GMTO, los equipos realizaron seis conceptos de instrumentos. Cada diseño fue revisado por un panel externo de expertos y, a partir de estos informes, el Grupo Asesor de Desarrollo de Instrumentos del GMT, constituido por un panel científico de alto nivel, generó a principios de 2012 el orden de prioridades para el proyecto y para el Directorio del GMTO. Desarrollo del Diseño En 2013, el equipo del proyecto avanzó con el desarrollo del diseño de cada uno de los principales subsistemas lo que permitió realizar Revisiones Preliminares de Diseño (RPD) para la cúpula y las instalaciones del sitio, el sistema de óptica adaptativa y el sistema del telescopio. En enero de 2014 se llevó a cabo una RPD de sistemas para todo el observatorio. Inmediatamente después del RPD de Alex Ibañez, Prensa Presidencia sistemas se llevó a cabo una revisión independiente de la gestión y los costos. Todos los paneles de revisión entregaron informes positivos con enérgicas recomendaciones a favor del inicio de la fase de construcción del proyecto. Construcción y Puesta en Marcha La Oficina de Proyecto presentó un plan de construcción al Directorio del GMTO en julio de GMTO anunció el inicio de las obras de construcción en junio de 2015, luego que los Fundadores comprometieran fondos por más de 500 millones de dólares. En el 2012, se niveló la plataforma para el GMT, lo cual implicó limpiar una superficie de más de m2 de terreno, equivalente a dos canchas de fútbol. Los ensayos geotécnicos se realizaron mediante tres sondajes a 60 metros de profundidad en la cumbre. Se analizaron las propiedades de la roca en la cumbre y se actualizó el diseño para el pilar del telescopio. GMTO efectuó una ceremonia de Primera Piedra en noviembre de 2015 y actualmente se encuentran operativos en el sitio los dormitorios, las oficinas y el comedor. Se espera que el proyecto vea su primera luz en el año 2022 con una parte de sus espejos primarios y que alcance las plenas operaciones en 2024 ó

14 Empleados del GMTO en Pasadena GMTO, Damien Jemison ORGANIZACIÓN GMTO La Corporación GMTO es una institución científica privada, sin fines de lucro, creada para desarrollar y operar el Telescopio Magallanes Gigante en representación de un consorcio de instituciones académicas y de investigación. Sus once Instituciones Fundadoras eligen un Directorio que actúa como órgano gobernante. La Corporación GMTO está sujeta a las leyes de los estados de Delaware y de California (EE.UU.), y en Chile tiene el estatus de organismo internacional. GMTO respeta las leyes chilenas, en especial aquellas relacionadas con el Código Laboral. Organización del GMTO La Corporación GMTO tiene sus oficinas en Pasadena, California (EE.UU.) y en Santiago de Chile. La organización emplea a aproximadamente 100 personas entre sus oficinas de California y Chile, número que aumentará a medida que avance la construcción. Esperamos contar con más de 200 empleados bajo contrato en Chile al llegar al momento culminante de la construcción. Situación de GMTO en Chile GMTO firmó un Convenio con la Universidad de Chile que fija las condiciones bajo las cuales GMTO debe proporcionar tiempo de observación a astrónomos de universidades chilenas. Un decreto presidencial otorga a GMTO la calidad de "organización internacional" en Chile, lo que permite garantizar, hasta cierto punto, que proyectos de esta envergadura puedan desarrollarse en condiciones óptimas. 14

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16 Transforming our Understanding of the Universe_120516_Spanish