La Universidad de Salamanca participa en el proyecto internacional INTSPEC, próxima frontera de la investigación en astronomía cuántica

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La Universidad de Salamanca, a través de su Grupo de Astrofísica Nuclear, dirigido por la profesora M.ª Ángeles Pérez García, del Departamento de Física Fundamental, forma parte del consorcio internacional investigador del proyecto INTSPEC, que aspira a consolidar una instalación científica de vanguardia, explorando la próxima frontera en el campo de la astronomía cuántica, en el Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM) en La Palma.

El proyecto INTSPEC ('Interferometría de Intensidad con Telescopios Ópticos y Detectores de Fotones Individuales en el Observatorio del Roque de los Muchachos') tiene como objetivo combinar, por primera vez, la luz de varios telescopios ópticos del ORM mediante una técnica conocida como interferometría de intensidad, que utiliza sensores de fotones individuales de última generación y una tecnología para la sincronización de tiempo a nivel de picosegundos, que incluye un reloj atómico y una red de fibra óptica para conectar los telescopios.

Misión y objetivos del proyecto

INTSPEC llevará a cabo observaciones astronómicas utilizando la interferometría de intensidad y sensores microchip-SPAD (Single-Photon Avalanche Diode) de última generación, desarrollados en el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE CSIC-US). Además, la electrónica de control de estos sensores está desarrollada por la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Autónoma de Madrid (EPS-UAM).

Estas observaciones permitirán alcanzar una resolución espacial mil veces superior a la de los telescopios espaciales Hubble y James Webb, facilitando el estudio de la materia en condiciones extremas tales como el interior de estrellas de neutrones, los discos de acreción en agujeros negros y eventos transitorios ultrarrápidos, con una precisión en el rango de los picosegundos (una billonésima de segundo).

Para ponerlo en perspectiva, la luz recorre apenas 0,3 milímetros en un picosegundo. La Universidad de Salamanca y el GIR de Astrofísica Nuclear participa del interés de la misión a través de sus objetivos científicos en el ámbito de estos eventos de tipo ultraenergético y transitorio en los que tienen una sólida trayectoria de manera continuada.

El Observatorio del Roque de los Muchachos, integrado en la ICTS Observatorios de Canarias, que forma parte del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), será la plataforma para INTSPEC, aprovechando su infraestructura, entre las que destaca su red de fibra óptica.

Gracias a la interconexión facilitada por la red, en su primera fase, INTSPEC realizará observaciones con los telescopios de la Fundación Galileo Galilei del INAF (TNG) de 3,6 m y el Nordical Optical Telescope (NOT) de 2,5 m ubicados en distancias próximas del ORM. Además, ya se ha contactado con el director del Gran Telescopio Canarias (GTC) de 10,4 m y se iniciarán conversaciones con el ING para ampliar la red de telescopios integrados en INTSPEC en fases posteriores.

Reunión y taller de lanzamiento

La reunión y taller de lanzamiento de la innovadora iniciativa se celebró los días 7 y 8 de noviembre en el Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA), en San Fernando (Cádiz), con la participación de centros de investigación y universidades de España, Italia y los países nórdicos.

La sesión contó con la asistencia de Antonio Pazos, director del ROA; Ana Castro, vicepresidenta de Innovación y Transferencia del Conocimiento del CSIC; Antxon Alberdi, director del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC); y el profesor Francisco Prada, del IAA-CSIC e investigador principal de INTSPEC., los cuales, durante sus intervenciones, destacaron la relevancia científica y tecnológica del proyecto.

Asimismo, en el taller participaron investigadores y tecnólogos del ROA, IAA-CSIC, IAC, IMSE CSIC-US, la EPS-UAM, la Fundación Galileo Galilei del INAF (TNG), el Nordical Optical Telescope (NOT), el Gran Telescopio Canarias (GTC), así como del Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Salamanca y del Departamento de Electrónica y Tecnología de Computadores de la Universidad de Granada.

Las presentaciones se centraron en aspectos científicos de caracterización de fenómenos astrofísicos de tipo transient (ultra-rápido), la sincronización de tiempo, el diseño de sensores y electrónica de control para microchip-SPAD, el desarrollo de cámaras SPAD para los telescopios TNG, NOT y GTC. Por otra parte, también se profundizó en las técnicas estadísticas y de inteligencia artificial necesarias para el análisis de los fotones que se observarán de forma simultánea con la red de telescopios integrados en INTSPEC.

Innovación en Interferometría en el Visible

Hace décadas que la interferometría ha revolucionado la astronomía, tanto en ondas de radio con instalaciones como el VLA, ALMA y el VLBA, como en el infrarrojo con el VLTI de la ESO. Recientemente, el EHT ha permitido visualizar la sombra del agujero negro de nuestra galaxia y en M87, en el rango de microondas. Sin embargo, estas técnicas se centran en correlaciones de amplitud y fase de la luz, mientras que la interferometría de intensidad permite estudiar correlaciones fotón-fotón en el espectro visible.

Gracias a los sensores SPAD de lectura ultrarrápida y a la red de telescopios ópticos en el Roque de los Muchachos, INTSPEC permitirá correlacionar señales en tiempos cercanos a la coherencia de la radiación visible, mejorando la sensibilidad y alcanzando resoluciones de 50 microsegundos de arco, comparables al EHT, pero en el espectro visible. Para ello, se requiere una sincronización de tiempo a nivel de picosegundos, un desafío tecnológico que se beneficiará de la amplia experiencia del ROA.

Actualmente, solo hay un interferómetro en el visible en operación, CHARA en Mount Wilson, que combina la luz de seis telescopios de 1 metro distribuidos con líneas de base de hasta 330 metros. INTSPEC, con telescopios ópticos más grandes en el ORM y una línea de base de 1,5 kilómetros, podrá observar objetos mucho más débiles, logrando una resolución cuatro veces mayor, de 50 microsegundos de arco, equivalente al tamaño angular de una moneda de un euro vista desde 65.000 kilómetros.

Real Instituto y Observatorio de la Armada

Un importante elemento para la puesta en marcha del proyecto ha sido el apoyo brindado por el Real Instituto y Observatorio de la Armada. Fundado en 1753 por Jorge Juan, el ROA ha sido crucial para la elaboración de las cartas de navegación y la difusión de la hora legal en España, con una precisión excepcional. Además, destaca por su investigación en medición de tiempo, geodesia y astronomía, disciplinas fundamentales tanto para la navegación como para la exploración científica. Visitar el ROA es hoy por hoy una experiencia imprescindible: una auténtica gema del conocimiento científico, cuyo legado transciende fronteras y épocas. Su biblioteca alberga más de 30.000 volúmenes dedicados a la investigación científica, que abarcan desde el siglo XV hasta el XIX.