Un fantasma (GHOST) en la máquina: El poderoso espectrógrafo de Gemini

¿Sabías que… la primera observación astronómica de GHOST —conocida como “primera luz”— fue la de la estrella HD 222925, situada a 1.400 años luz en la constelación austral de Tucana? HD 222925 tiene una composición química inusual, con una alta proporción de elementos pesados como el platino, la plata y el torio, que se producen a través de algo llamado proceso R, que ocurre cuando una estrella explota como supernova. Durante la formación de HD 222925 se reciclaron los restos de una supernova.

Los astrónomos que desean estudiar el cielo del hemisferio sur tienen una nueva llamada de atención con un nuevo y poderoso espectrógrafo llamado GHOST (Gemini High Resolution Optical SpecTrograph). El instrumento tuvo su primera luz el 20 de julio en el telescopio Gemini Sur, en Chile. Además, pronto estará a disposición de cualquier astrónomo con ideas brillantes para utilizarlo.

¿Qué hace GHOST? La verdad es que el instrumento no está diseñado para tomar fotos bonitas, ni para ningún tipo de fotografía. Lo más importante para los científicos son los espectros de los objetos astronómicos y GHOST registra estos espectros dividiendo la luz de un objeto astronómico a través de una rejilla de difracción echelle, la cual separa la luz blanca en los colores que la componen, como un arcoíris extremadamente detallado. Cuanto más fina es la rejilla, más estrechas son las longitudes de onda en las que puede dividir la luz.

Tanto los átomos como las moléculas de las estrellas —en la atmósfera de los planetas y en las nebulosas de las regiones de formación estelar— pueden emitir luz en determinadas longitudes de onda y absorberla en otras. Cuando un espectrógrafo Echelle como GHOST descompone la luz de un objeto en bandas de longitud de onda muy estrechas, los astrónomos pueden ver a qué longitudes de onda emiten los átomos y las moléculas, y a qué longitudes de onda absorben. Esto les permite averiguar qué átomos y moléculas están presentes, e incluso sus condiciones.

Un espectro de muestra visto a través de la cámara roja de GHOST durante las pruebas finales.

Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. Bassett

Por eso los astrónomos consideran tan importantes los espectros astronómicos. Si una imagen vale más que mil palabras, un espectro debe valer más que un millón de palabras, porque está repleto de información.

GHOST es mucho más potente, con una resolución espectral 10 veces superior a la de GMOS. Esto significa que puede dividir la luz de un objeto en bandas de longitud de onda cada vez más finas. Es como poder ver matices de color cada vez más sutiles en un arcoíris.

Gemini Sur ya cuenta con un famoso espectrógrafo multiobjeto, llamado GMOS o Gemini Multi-Object Spectrograph (de hecho, existen dos de ellos, el otro se encuentra en Gemini Norte, en Maunakea). GHOST es mucho más potente que éste, con una resolución espectral 10 veces superior a la de GMOS. Esto significa que puede dividir la luz de un objeto en bandas de longitud de onda cada vez más finas. Es como poder ver matices de color cada vez más sutiles en un arcoíris.

GHOST vio su primera luz a principios del verano de 2022, doce años después de que se empezara a trabajar en su diseño y construcción. Los trabajos fueron dirigidos por científicos del centro de investigación Óptica Astronómica Australiana de la Universidad Macquarie, que colaboraron con astrónomos del Centro de Investigación en Astronomía y Astrofísica Herzberg del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, y de la Universidad Nacional de Australia. Junto a los astrónomos e ingenieros de NOIRLab, científicos de tres continentes han participado en la puesta en marcha de GHOST, desde el anteproyecto hasta llegar al mismo telescopio.

El equipo de GHOST, dirigido por investigadores del centro de investigación Óptica Astronómica Australiana de la Universidad de Macquarie, tiene su sede en tres continentes.

Credit: Gemini Observatory/NSF/AURA/ illustration by Joy Pollard.

Ahora que GHOST está en marcha, ¿qué va a hacer concretamente? La respuesta a esta pregunta es la siguiente: ¡Los proyectos que se les ocurran a los astrónomos! Sin embargo, lo normal es que dedique su tiempo a dos cosas principales: analizar las propiedades químicas de los cuerpos astronómicos o medir su desplazamiento Doppler.

En cuanto a la primera, entre los primeros objetivos de GHOST estarán las estrellas más antiguas con baja abundancia de elementos pesados que podrían enseñarnos sobre las primeras condiciones del Universo, y las estrellas más jóvenes con química compleja que podrían revelarnos los procesos que forman elementos preciosos como el oro y el platino, pues el espectro que mide GHOST revelará la abundancia de cada elemento. Se realizarán mediciones similares en cúmulos de estrellas globulares, mientras que las moléculas dominantes en las atmósferas de algunos exoplanetas también podrán ser detectadas por GHOST. Dado que los estudios a gran escala se están convirtiendo rápidamente en una de las partes más importantes de la astronomía, proyectos como la Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST por sus siglas en inglés), del Observatorio Vera C. Rubin, encontrarán miles, incluso millones, de objetos interesantes para que GHOST les haga seguimiento.

Y en la segunda, el movimiento de un objeto puede mostrarse claramente en su espectro. Esto se debe al desplazamiento Doppler, el mismo fenómeno que hace que la sirena de un vehículo de emergencia suba y baje de tono al pasar a toda velocidad. Un objeto que se acerque a nosotros verá que la longitud de onda de su luz se comprime a longitudes de onda más cortas, lo que los astrónomos llaman “corrimiento al azul”. Los objetos que se alejan ven cómo su luz se estira a longitudes de onda más largas, lo que se denomina “corrimiento al rojo”. Cuando los exoplanetas orbitan alrededor de sus estrellas, parecen acercarse y alejarse de nosotros en torno a su órbita, por lo que su luz se desplaza hacia el azul y al rojo, lo que provoca el desplazamiento de las líneas de absorción y emisión de su espectro. GHOST es capaz de medir el movimiento de los planetas con una precisión de 10 metros por segundo (esto equivale a detectar el movimiento de un velocista olímpico en otro sistema estelar). Esto también permitirá a los astrónomos confirmar la existencia de exoplanetas encontrados por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS por sus siglas en inglés) de la NASA.

Normalmente, GHOST dedicará su tiempo a dos cosas principales: analizar las propiedades químicas de los cuerpos astronómicos o medir su desplazamiento Doppler.

Un ejemplo de espectro de una estrella, específicamente HD126587. Las líneas negras verticales indican dónde absorben la luz esas moléculas. GHOST podrá medir espectros aún más detallados.

Credit: NOIRLab/NSF/AURA

GHOST aún está en proceso de completar su puesta en marcha, pero después de eso, estará a la espera para entrar en acción. Se prevé que durante el primer semestre de 2023 se lance un llamado de propuestas a los astrónomos de todo el mundo, y después de eso, el cielo es el límite.