Una colaboración internacional inaugura en La Palma cuatro telescopios que estudiarán el universo más energético

La colaboración LST del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) inaugurará el próximo 15 de octubre los cuatro grandes telescopios que formarán parte de la futura red de CTAO-Norte, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma. El acto supone un nuevo hito en la construcción del que será el mayor y más potente observatorio de astronomía de rayos gamma del mundo y marca la finalización de la construcción de los Large-Sized Telescopes (LST) previstos para este emplazamiento. El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), organismo adscrito al Ministerio de Ciencia Innovación y Universidades, participa en el proyecto a través del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC).

Los cuatro LST están diseñados para estudiar algunos de los fenómenos más extremos y energéticos del Universo y ayudar a responder algunas de las grandes preguntas que aún plantea la astrofísica.

“Uno de los principales objetivos de los LST es estudiar los púlsares, estrellas de neutrones que albergan algunos de los campos magnéticos más potentes del Universo y actúan como aceleradores naturales de partículas”, explica Rubén López-Coto, investigador del IAA-CSIC y miembro del Comité Ejecutivo de la Colaboración LST. “Aunque conocemos los rayos cósmicos desde hace más de un siglo, todavía no sabemos cómo alcanzan energías tan elevadas. Los Large-Sized Telescopes nos ayudarán a desvelar este misterio”.

Los LST constituyen uno de los tres tipos de telescopios que integrarán el CTAO y están diseñados para detectar los rayos gamma de menor energía. Para ello, aprovechan un fenómeno que se produce cuando estos rayos llegan a la atmósfera terrestre: generan una tenue luz, conocida como luz Cherenkov. Los grandes espejos de los LST permiten recoger esa señal y convertirla en información sobre los objetos y fenómenos que la han generado.

El primero de los cuatro telescopios, el LST-1, fue inaugurado en 2018 y desde entonces ha estado en fase de puesta a punto y pruebas científicas. Ahora, con la incorporación de los otros tres telescopios, queda completado el subconjunto de LST de CTAO-Norte. En los próximos años, estos telescopios se integrarán con los Medium-Sized Telescopes (MST) previstos para La Palma, que ampliarán las capacidades de la futura red.

Una oportunidad para la ciencia española

El CTAO contará con más de 60 telescopios distribuidos en dos emplazamientos: CTAO-Norte, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma (España), y CTAO-Sur, en el desierto de Atacama (Chile). La importante participación de instituciones españolas en el proyecto —que aportan casi un tercio de la contribución para la construcción de los LST—, junto con la ubicación de CTAO-Norte en territorio nacional permite a la comunidad científica española disfrutar de un acceso privilegiado al tiempo de observación del CTAO.

Iván Agudo, investigador del CSIC en el IAA, subraya que “este acceso privilegiado a la mejor instalación de su tipo a nivel mundial supone una enorme ventaja competitiva para atraer y retener talento científico —tanto joven como veterano— dispuesto a desarrollar proyectos a largo plazo”.

Dentro de la participación española, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) coordina el desarrollo del software de análisis de datos de los LST. Este sistema transforma las señales eléctricas captadas por los telescopios en productos de alto nivel y datos comprensibles para la comunidad científica.

Uno de los principales desafíos es separar la débil señal producida por los rayos gamma del ruido generado por otras partículas que llegan a los telescopios. Para mejorar la detección y discriminación de estas señales, el equipo del IAA-CSIC ha incorporado técnicas de Inteligencia Artificial, entre ellas redes neuronales convolucionales, que permiten procesar y clasificar los datos de forma más rápida y eficiente.

“Aunque las técnicas de machine learning llevan años utilizándose en los telescopios Cherenkov, su evolución reciente ha sido exponencial. La incorporación de estas nuevas técnicas de IA permitirá superar algunos de los límites actuales y explorar nuevas posibilidades científicas con el CTAO”, señala Cristian Pozo, investigador predoctoral del grupo VHEGA (grupo de astrofísica de muy altas energías) del IAA-CSIC.

Todo este trabajo permitirá extraer de los datos obtenidos por los LST la información necesaria para estudiar algunas de las grandes incógnitas sobre el origen de las partículas más energéticas de nuestra galaxia. Entre ellas está determinar qué objetos cósmicos son capaces de acelerar partículas, como los protones, hasta alcanzar las energías más elevadas observadas en la Vía Láctea, una de las líneas de investigación de la investigadora predoctoral del IAA-CSIC Marine Pihet.

“Es realmente emocionante poder participar en un proyecto de estas características desde el inicio y acompañarlo desde las fases de diseño y construcción hasta su puesta en marcha y futura operación”, afirma Pihet.

Por su parte, el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) ha sido parte del CTAO desde sus inicios en 2007 y ha contribuido tanto en la definición de sus objetivos y prioridades científicas, como en el desarrollo de herramientas e infraestructura para su operación.

“Uno de los aspectos más destacables de nuestra participación ha sido la definición de los requisitos científicos y del Key Science Program (KSP), que posteriormente fue transferido al CTAO”, afirma Diego F. Torres, investigador de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), ICE-CSIC y del Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), que ejerció como primer Physics Coordinator entre 2007 y 2014. Este trabajo contribuyó a establecer las principales prioridades científicas del observatorio.

En cuanto al desarrollo del CTAO, el ICE-CSIC ha contribuido enormemente a la gestión de la infraestructura informática del centro de datos on-site, liderada por la investigadora Daniela Hadasch. Esta infraestructura, necesaria para operar el telescopio, permite su control y apuntamiento, el procesamiento y almacenamiento de las señales eléctricas captadas durante las observaciones y la monitorización continua de los distintos subsistemas.

Además, el centro de datos da actualmente servicio a más de 300 usuarios, que utilizan sus recursos informáticos para realizar análisis científicos de los datos. También se emplea para generar las simulaciones necesarias para el análisis y la interpretación de las observaciones. El ICE-CSIC ha coordinado la integración de los distintos subsistemas con el centro de datos y la preparación de la infraestructura para la incorporación de futuros telescopios.

“Esto ha implicado tanto trabajo on-site en La Palma como coordinación con distintos socios industriales. Actualmente, además de la gestión del centro de datos on-site, coordinamos su conexión con los centros de datos off-site de CTAO Norte: el Port d’Informació Científica (PIC) en España, el Centro Suizo de Computación Científica (CSCS) y el Centro Nacional de Análisis de Fotogrametría (CNAF) de Italia”, afirma Daniela Hadasch.

Hacia las primeras observaciones

La inauguración de los cuatro LST marcará el final de su construcción, pero no el del trabajo de la Colaboración LST. A partir de entonces comenzará una exhaustiva fase de puesta en marcha y verificación de los telescopios, que deberán demostrar su correcto funcionamiento antes de ser aceptados formalmente por la Organización Central del CTAO (CTAO ERIC) para incorporarse a la operación científica del observatorio.

El LST-1 será el primero en completar este proceso y está previsto que sea aceptado en 2027, dando paso a las primeras observaciones de la denominada «ciencia temprana» del CTAO.

“De este modo, la inauguración de los cuatro telescopios abre una nueva etapa en la que las capacidades construidas durante estos años comenzarán a traducirse en nuevos datos y descubrimientos sobre el Universo más energético”, manifiesta Olga Muñoz, directora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

En este sentido, cabe destacar la contribución del ICE-CSIC como responsable del sistema de planificación de observaciones (scheduler) de CTAO desde 2010. Para ello, el centro ha trabajado en la adaptación y desarrollo del software STARS como herramienta para generar planes de observación optimizados, teniendo en cuenta las prioridades científicas, la visibilidad de las fuentes y las distintas restricciones operativas de los telescopios.

“Consideramos especialmente relevante la conexión entre la estrategia científica definida para CTAO, en cuya definición hemos participado, y su traducción en un programa de observación operativo y adaptable”, añade Diego F. Torres.

Sobre CTAO-España

España desempeña un papel estratégico y fundamental en el CTAO. Es, junto con Japón, el país que más contribuye al desarrollo de los LST, aportando un 32% del proyecto.

Bajo el nombre de CTAO-España se agrupa el conjunto de instituciones nacionales que participan en las actividades de desarrollo de hardware, software y ciencia del observatorio. Estos grupos, distribuidos por Andalucía, Canarias, Cataluña y Madrid, incluyen el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC); el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC); el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB); el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC); el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC); el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE); la Universidad de Alcalá (UAH); la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y la Universidad de Jaén (UJA).

A esta contribución científico-tecnológica de los equipos españoles dentro de la Colaboración LST, se suma el tejido empresarial nacional. La industria española ha fabricado componentes fundamentales de los telescopios, como los sistemas de movimiento, la mecánica de las cámaras y la infraestructura. 

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