Cuando los astrónomos apuntan sus telescopios al cielo para ver supernovas o cuásares distantes, están recolectando luz que ha viajado millones o incluso miles de millones de años-luz a través del espacio. Incluso las enormes y poderosas fuentes de energía en el cosmos son inimaginablemente pequeñas y débiles cuando las vemos desde esa distancia. Para aprender acerca de las galaxias a medida que se formaban poco después del Big Bang, y acerca de objetos cercanos pero mucho más pequeños y débiles, los astrónomos necesitan telescopios más poderosos.
Tal vez el niño del cartel para los programas que requieren una sensibilidad extraordinaria y las imágenes más nítidas posibles es la búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas, donde el cuerpo que estamos tratando de detectar está extremadamente cerca de su estrella y aproximadamente un billón de veces más débil. Encontrar planetas parecidos a la Tierra es una de las perspectivas más emocionantes para la próxima generación de telescopios, y eventualmente podría llevar al descubrimiento de firmas extraterrestres de vida.
Los detectores en los telescopios de investigación ya son tan sensibles que capturan casi todos los fotones entrantes, por lo que sólo hay una forma de detectar objetos más tenues y resolver la estructura en escalas más finas: construir un telescopio más grande. Un telescopio grande no sólo captura más fotones, también puede producir imágenes más nítidas. Esto se debe a que la naturaleza de onda de la luz establece un límite a la resolución del telescopio, conocido como el límite de difracción; la nitidez de la imagen depende de la longitud de onda de la luz y el diámetro del telescopio.
Como científicos ópticos, nuestra contribución a la próxima generación de telescopios es averiguar cómo crear los gigantescos espejos en los que se basan para recoger la luz desde lejos. Así es como estamos perfeccionando la tecnología que permitirá los descubrimientos astrofísicos del mañana.
Espejos múltiples
La pregunta es cómo construir algo sustancialmente más grande que la actual generación de telescopios, que tienen diámetros efectivos de 8 a 12 metros (26 a 40 pies). Uno de los mayores retos es hacer un espejo más grande para recoger la luz.
Primero, ayuda a conocer el diseño óptico básico de un telescopio, ilustrado aquí por el Telescopio Gigante Magallanes (GMT) que se está construyendo en Chile. Un espejo primario grande recoge la luz entrante y la refleja en un foco. La luz es reflejada una segunda vez por el espejo secundario más pequeño, para formar una imagen en un instrumento situado en un lugar seguro y accesible debajo del espejo primario, donde se graba la imagen.
Un espejo mucho más grande que ocho metros, hecho de una sola pieza de vidrio, sería demasiado caro y difícil de manejar. Todos los involucrados en la construcción de telescopios gigantes concuerdan en que la solución es hacer el espejo primario a partir de múltiples espejos más pequeños. Múltiples piezas de vidrio son moldeadas y alineadas para formar un espejo gigantesco, llamado espejo segmentado. Las brechas entre los segmentos son aceptables siempre y cuando las superficies de los segmentos se encuentren en una superficie continua casi parabólica, llamada la superficie madre.
Los tres proyectos de telescopio extremadamente grandes (ELT) en desarrollo han tomado decisiones muy diferentes sobre el diseño de este espejo primario segmentado. Dos de los ELTs, el ELT europeo y el Telescopio de Treinta Metros, han adoptado el enfoque pionero de los telescopios Keck Observatory de 10 metros en Hawaii – harán un espejo gigante con cientos de segmentos de 1,5 metros.
El tercer proyecto, el Telescopio Gigante de Magallanes, toma un rumbo diferente. Su espejo primario de 25 metros tendrá sólo siete segmentos. Son los espejos individuales más grandes que se pueden hacer, los espejos de panal de 8.4 metros (28 pies) que producimos aquí en el Richard F. Caris Mirror Lab de la Universidad de Arizona. El espejo secundario de 3 metros del GMT también tiene siete segmentos, cada uno de los cuales se combina con uno de los segmentos del espejo primario.
