Retos futuros: la astronomía del siglo XXI

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1 Retos futuros: la astronomía del siglo XXI A continuación indicamos algunos de los hitos científicos que nuestra comunidad se plantea para la próxima década, también las principales misiones espaciales y nueva instrumentación desde tierra en las que estamos involucrados. IMPORTANTE: Esta recopilación no es completa y algunas secciones están más desarrolladas que otras. Las iremos actualizando con nuevas aportaciones de nuestros miembros. Desafíos científicos a los que nos enfrentamos Naturaleza de la materia oscura, la masa del neutrino y el modelo estándar La materia oscura creemos que representa la mayor parte de la densidad de materia del Universo. No obstante, a día de hoy, no se acomoda correctamente dentro de nuestro modelo estándar de partículas elementales. Cuál es la naturaleza de dicha materia? Cómo deberíamos extender este modelo hasta conseguir un encaje coherente? Conseguiremos pronto determinar la masa del neutrino a partir de la cosmología de precisión que nos ofrecen las actuales y futuras misiones espaciales? Estos son retos fundamentales para la próxima década. Participación española: Activa en los ámbitos teóricos y de observación. Participando en varios consorcios internacionales (cartografiados desde tierra, misiones espaciales). Qué es la energía oscura? La luz observada proviene de aproximadamente el 5% del Universo, el resto creemos que lo forman la materia oscura y la energía oscura. Misiones espaciales y experimentos desde Tierra han sido diseñados para comprender la naturaleza de la energía oscura, responsable de la expansión acelerada del universo, la más enigmática del cosmos. Participación española: Activa en los campos teóricos y de observación. Destacamos Euclid-ESA, J-PAS, Experimento QUIJOTE, DES survey y otros.

2 Las ondas gravitacionales, una nueva ventana al Universo: La Sociedad Española de Astronomía, con sus 800 profesionales, y la RIA, como organismo que coordina las Infraestructuras Españolas Científico-Técnicas en Astronomía, continuará aportando todo su conocimiento, experiencia e instrumentación de vanguardia al servicio de los dos desafíos que se nos plantean en los próximos años: incrementar la detección simultánea de contrapartidas electromagnéticas a estas ondas gravitacionales y avanzar en la comprensión de los fenómenos físicos que se vislumbran a través de esta nueva y fascinante ventana al universo. Participación española: Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universitat de les Illes Balears (participa en el consorcio LIGO); Grupo Virgo de la Universitat de València (participa en el consorcio Virgo); ICE-IEEC participa en LISA (ESA); aportaciones a la búsqueda de contrapartidas en el espectro electromagnético de los grupos españoles de INTEGRAL, AGILE, Fermi LAT, Vinrouge, Master, epessto, TOROS, BOOTES, HAWC, Pierre Auger, ANTARES, EURO-VLBI, entre otros. El acoplamiento magnético de la atmósfera solar El campo magnético es el ingrediente que determina las propiedades de gran parte de los fenómenos observables en la atmósfera solar, desde sus capas más profundas, fotosfera, hasta el entorno interplanetario, pasando por la cromosfera y la corona. El campo magnético almacena energía en las capas profundas gracias a su interacción con los movimientos convectivos, es capaz de transportarla a capas más altas a través de su topología (por ejemplo, por el enroscamiento de las líneas de campo) o en forma de ondas de propiedades diversas y puede liberar esa energía almacenada a través de, por ejemplo, fenómenos de reconexión, ondas resonantes, interacción entre partículas neutras y cargadas (cuyos movimientos se desacoplan a determinadas alturas), ondas de choque, etc. Esa energía liberada sirve para calentar el plasma y para producir partículas muy energéticas que pueden ser lanzadas al medio interplanetario. La física solar de las próximas décadas quiere encarar el estudio de estos fenómenos con infraestructuras de espacio y de Tierra especialmente diseñadas para medir ese acoplamiento magnético y mediante simulaciones numéricas adecuadas para entender los mecanismos físicos que operan principalmente en cada capa desde la (sub-)fotosfera hasta la corona y el medio interplanetario. Participación española: Los grupos españoles participan en los principales proyectos instrumentales: Solar Orbiter, Sunrise III, CLASP-II y EST (tanto para medidas remotas como in-situ); han desarrollado códigos propios de transporte radiativo de luz polarizada (LTE y no-lte) que son usados por muchos grupos internacionales; usan los códigos MHD (ideal y no ideal) más avanzados (algunos de ellos propios) y se participa de manera continua en su mejora; han desarrollado modelos de propagación de partículas energéticas por el medio interplanetario; se modela y mide el impacto en el entorno y superficie de la Tierra, etc.

3 La detección de vida más allá de la Tierra Miembros de la SEA colaboran muy activamente en el desarrollo teórico y observacional de esta disciplina. En particular destacamos las iniciativas CARMENES (espectrógrafo en Calar Alto) y HARPS-norte (en El Roque de los Muchachos). Ya ha habido una red exoplanetas española y se acaba de solicitar otra con participación mayoritarias de investigadores/as de la SEA Participación española: Cartografiados desde Tierra y mediante misiones espaciales. Nuestros retos en presentes y futuras misiones espaciales España está muy implicada y comprometida en varias de las misiones de ESA y NASA. A continuación citamos algunos ejemplos: Gaia (ESA): origen y evolución de la Vía Láctea Participación española: Responsables sistema crítico pre-procesado de los datos; liderando archivo de datos; participación en Gaia-DPAC, etc. (+ ciencia) Próxima fecha clave: Abril de 2018, ESA hará público el segundo catálogo con distancias, movimientos y fotometría para más de mil millones de estrellas Bepicolombo (ESA): una misión ambiciosa para explorar Mercurio Participación española: Contribución al láser altímetro (IAA), participación en el espectrómetro r-x (CAB) (+ ciencia) Próxima fecha clave: Lanzamiento en 2019 James Web Space Telescope Participación española: En instrumentación: NIRSpec y MIRI (+ ciencia) Próxima fecha clave: Lanzamiento en primer trimestre de 2019 Euclid (ESA) Participación española: En instrumentación contribución al fotómetro NISP y segmento terreno científico (IAC, ICE) (+ciencia) Próxima fecha clave: Lanzamiento en primer trimestre de 2020 Solar Orbiter (ESA), acoplamiento magnético de la atmósfera solar y la heliosfera Participación española: Instrumento So/Phi, detector partículas energéticas, magnetómetro (IAA, ICCUB, UAH) (+ ciencia) Próxima fecha clave: Lanzamiento en febrero de 2019 CHEOPS: Una misión low cost para estudiar exoplanetas Participación española: Primer satélite construido mayoritariamente en España

4 (IAC, ICE, CAB, INTA) (+ ciencia) Próxima fecha clave: Lanzamiento, 2018 Juice: Explorando las lunas de Júpiter Participación española: Cámara JANUS, láser altímetro (IAA), (+ciencia) Próxima fecha clave: Lanzamiento en 2018 Sunrise III: acoplamiento magnético de la atmósfera solar Aportación española: IP de IMaX+ y co-ip de SCIP Próxima fecha clave: Lanzamiento en 2020 CLASP-2: espectropolarimetría en el ultravioleta Próxima fecha clave: Lanzamiento a principios de la próxima década PLATO, planetas extrasolares, zonas de habitabilidad, astrosismología Participación española: Ordenadores de a bordo (IAA, UGR), suministro potencia (IAC), estructura telescopio (CAB, INTA) Próxima fecha clave: Lanzamiento programado para 2026 Athena: Un observatorio de rayos X en el espacio Participación española: Algoritmos de detección, Community Office, Criostato, Athena WG/Topical Panels Próxima fecha clave: Seleccionada (2014); lanzamiento previsto para 2028 LISA: Estudio de las ondas gravitacionales desde el espacio (ESA) Participación española: Éxito de participación en Lisa-Pathfinder Próxima fecha clave: Lanzamiento programado para 2034 Nuevos retos y quimeras en cuanto a infraestructuras en tierra SKA, explorando el Universo con el mayor radiotelescopio del mundo Un bosque de antenas en África, Australia y Nueva Zelanda (Radiointerferometría, 650M en 1a fase), millones de antenas conectadas por fibra óptica (10 veces el tráfico de internet), usando energías renovables. En el óptico vemos estrellas y galaxias; en radio el hidrógeno atómico y el gas frío del que se formaron las estrellas, trazador de la colisión e interacción entre galaxias. Con SKA veremos la historia de formación del Universo. SKA será tan sensible que, si la hubiere, podría detectar desde la Tierra una señal extraterrestre emitida desde las diez estrellas más cercanas a nosotros. Detectaremos una televisión emitiendo en estas estrellas. Participación española: Se espera que pronto España firme los acuerdos para formar parte del consorcio SKA CTA, un observatorio para el estudio del universo en Rayos Gamma Decenas de telescopios de dos o tres tamaños diferentes (red de telescopios) cubriendo una superficie en torno a un kilómetro cuadrado en el hemisferio

5 norte (Observatorio del Roque de los Muchachos) y en torno a diez kilómetros cuadrados en el hemisferio sur. Qué nos aportará? Desde el origen de los rayos cósmicos, pasando por los mecanismos de aceleración de las partículas en el entorno de los agujeros negros, hasta la búsqueda del origen de la materia y el estudio de la física más allá del modelo estándar. Participación española: CTA-LST-1 (mecánica, potencia y electrónica de la cámara), CTA-MST (prototipo NectarCAM, cámara); tratamiento de datos; control y programador de observaciones, monitor atmosférico y calibración, etc. Próxima fecha clave: Primer CTA-LST-1 en construcción ESO: Observatorios de la Silla y Paranal, ALMA y el ELT Participación española: España forma parte de ESO desde 2006; el porcentaje uso de tiempo de observación en sus telescopoios es del 5~7%; importante la contribución española en ALMA. Xavier Barcons (IFCA, Santander) es el actual Director General de ESO. Próxima fecha clave: Varias (ELT primera luz en 2024) EST, un telescopio para estudiar en 3D los fenómenos magnéticos solares EST representa el mayor esfuerzo conjunto realizado por la comunidad europea de física solar de tierra. Incluido en 2016 en la lista de proyectos estratégicos a nivel europeo, EST mejorará considerablemente las capacidades observacionales actuales, gracias a sus cuatro metros de diámetro. Con EST la comunidad pretende llegar a entender cómo se concentra la energía magnética en las capas profundas de la atmósfera de sol, cómo se propaga hacia capas más altas y cómo se libera en ellas, dando lugar al calentamiento y la aceleración del plasma, observables, por ejemplo, en forma de fulguraciones y eyecciones de masa. Para ello contará con los mejores instrumentos que permitan estudiar todos estos fenómenos con una resolución espacial óptima y en diferentes capas simultáneamente para así poder entender su evolución tridimensional en la atmósfera solar. Participación española: El IAC es el IP del proyecto, en el que colaboran instituciones de 15 países europeos. Próxima fecha clave: Inicio de la construcción a principios de la próxima década