Los recientes avances en la impresión 3D (también conocida como fabricación aditiva) de estructuras metálicas permiten imprimir dispositivos electromagnéticos totalmente metálicos, como antenas y guías de ondas, según demanda. Una nueva asociación entre el Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos (NRAO por su sigla en inglés), con sede en Charlottesville (Virginia), y Optisys, LLC, con sede en West Valley City (Utah), explorará el potencial de esta tecnología para su aprovechamiento en aplicaciones para la radioastronomía.
En radioastronomía, el desempeño de las antenas, las guías de ondas y otros dispositivos electromagnéticos, permite determinar la capacidad y sensibilidad de un radiotelescopio y la calidad de los datos científicos que proporcionan a los investigadores. Cuanto más capacidad y sensibilidad posea una antena y sus dispositivos, más podrán aprender los científicos sobre el Universo. El Laboratorio Central de Desarrollo (CDL) de NRAO prueba continuamente nuevas tecnologías para mejorar estos parámetros y construir mejores telescopios.
«Los requisitos de la ciencia siempre están empujando los límites de la tecnología, por lo que tenemos que invertir en nuevas tecnologías con el potencial de romper las barreras de rendimiento actuales», dijo Bert Hawkins, director del CDL. «Los dispositivos electromagnéticos impresos en 3D pueden tener todo tipo de formas, estructuras y diseños que son imposibles de realizar con las técnicas de mecanizado tradicionales. La nueva asociación entre NRAO y Optisys tiene el potencial de conducir al desarrollo de dispositivos que tengan la capacidad de superar a los utilizados actualmente en radioastronomía».
La asociación entre NRAO y Optisys es una colaboración natural para ambas organizaciones. El CDL de NRAO tiene una larga trayectoria adaptando y usando nuevas tecnologías para construir los receptores de radioastronomía con el mejor desempeño del mundo. Optisys es líder mundial en el diseño de productos de radiofrecuencia de última generación que utilizan la impresión metálica en 3D para su uso en una gran variedad de disciplinas de ingeniería.
«Optisys ofrece aumentar las capacidades de NRAO para la próxima generación de misiones de radioastronomía, proporcionando soluciones más pequeñas, ligeras y eficientes en guías de ondas y antenas, para plataformas de menos tamaño «, dijo Janos Opra, director general de Optisys. «Esta asociación pretende empujar la frontera de lo posible en el campo de la radioastronomía y elevar la ciencia a nuevas alturas mientras exploramos los misterios del Universo».
Optisys comenzará pronto la producción del primer dispositivo de prueba, un transductor ortomodal (OMT), cuya entrega se espera para finales de 2022. Los OMT separan las dos polarizaciones que se encuentran en muchas señales de radioastronomía y ayudan a los astrónomos a analizar los datos recogidos. El nuevo OMT impreso en 3D será comparado con los producidos mediante técnicas de mecanizado tradicionales y se utilizará como referencia para diseñar y mejorar futuros dispositivos.
«Todo gran avance en la ciencia comienza con un primer paso fundacional», dijo Opra. «Las pruebas realizadas por esta asociación son ese paso fundacional para crear la próxima generación de equipos de radioastronomía, aprovechando el potencial disruptivo de la fabricación aditiva».
Hawkins añadió: «Creemos que este esfuerzo conjunto con Optisys es un primer paso para ampliar la caja de herramientas que utilizarán los futuros ingenieros de investigación y diseño electromagnético del CDL. Esa caja de herramientas ampliada puede ayudarnos a desarrollar clases completamente nuevas de dispositivos para su uso en la próxima generación de radiotelescopios, incluyendo las actualizaciones del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Very Large Array de nueva generación (ngVLA)».
Tony Beasley, director de NRAO, dijo: «La comprensión del Universo requiere que ampliemos los límites de la ciencia, la tecnología y el conocimiento. El CDL ha estado a la vanguardia de este esfuerzo en radioastronomía durante décadas y, con la ayuda de Optisys, continuará liderando la industria en soluciones de vanguardia».
Imagenes
Optisys, LLC utiliza la impresora 3D de metal SLM500 para producir objetos y piezas metálicas impresas en 3D. El proceso de impresión 3D en metal fusiona o suelda el aluminio en las formas requeridas. Crédito: Optisys, SLM. AUI NRAO Chile
Acerca del NRAO
El Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos es un centro de investigación y desarrollo de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF por su sigla en inglés), financiado con fondos federales de los Estado Unidos y gestionado por Associated Universities, Inc. mediante un acuerdo de cooperación.
Acerca de Optisys
Optisys, LLC es una empresa privada revolucionaria en el diseño y fabricación aditiva en metal de dispositivos de radiofrecuencia. El enfoque único de Optisys les permite crear productos altamente integrados para antenas y radares que logran un SWaP extremadamente bajo. Optisys cuenta con una amplia línea de productos que van desde alimentadores hasta conjuntos en fase, para aplicaciones en antenas y radares desde el mar hasta el espacio.
Nos complace anunciar que el Directorio de ALMA ha votado unánimemente para ofrecer al Dr. Sean Dougherty una extensión de 5 años en su nombramiento como director de ALMA, desde febrero de 2023 hasta febrero de 2028, que felizmente él aceptó.
El Directorio aprecia el liderazgo del Dr. Dougherty en el JAO y su personal, especialmente durante los dos últimos años extremadamente difíciles de la pandemia. El Directorio espera trabajar con el Dr. Dougherty para lograr los ambiciosos objetivos de la hoja de ruta de desarrollo de ALMA 2030 y consolidar a ALMA como un observatorio de vanguardia para explorar el universo en el rango de longitudes de onda milimétricas/submilimétricas, permitiendo una ciencia transformadora.
El Dr. Dougherty ha sido el Director de ALMA desde 2017 y antes de eso fue el director del Dominion Radio Astrophysical Observatory, la instalación nacional de radioastronomía de Canadá, administrada por NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics y se desempeñó como miembro del Directorio de ALMA en representación de América del Norte.
Información adicional
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y al Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), un equipo científico registró un fenómeno pocas veces observado hasta ahora: el acercamiento de un objeto al sistema estelar Z Canis Majoris (Z CMa). Este objeto ajeno al sistema se acercó e interactuó con el entorno de la protoestrella binaria y gatilló la formación de unos largos y caóticos penachos de polvo y gas en el disco que la rodea.
Este tipo de fenómeno se había observado con cierta frecuencia en simulaciones computacionales de procesos de formación estelar, pero hasta ahora se habían realizado escasas observaciones directas, con lo cual había quedado relegado al plano teórico.
“Es difícil obtener pruebas de estos fenómenos de acercamiento porque ocurren muy rápido y cuesta detectarlos cuando ocurren. Lo que hicimos con las observaciones de Banda 6 de ALMA y con el VLA equivale a capturar la imagen de un rayo en el momento exacto en que azota un árbol”, explica Ruobing Dong, astrónomo de la Universidad de Victoria, en Canadá, e investigador principal del estudio. “Este hallazgo demuestra que los encuentros cercanos con estrellas jóvenes rodeadas por discos son reales, y no simples conjeturas formuladas en simulaciones computacionales. En observaciones anteriores se habían detectado acercamientos de este tipo, pero no se había logrado recabar pruebas exhaustivas como las que logramos en el estudio de Z CMa”.
Las perturbaciones (o disturbios) como la que se observó en Z CMa no suelen ser causadas por objetos intrusos, sino por estrellas hermanas que crecen juntas. Hauyu Baobab Liu, astrónomo del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, en Taiwán, y coautor del artículo, señala: “La mayoría de las veces las estrellas no se forman solas. Suelen ser mellizas, o incluso trillizas o cuatrillizas, que nacen juntas y pueden atraerse entre sí por efecto gravitacional y, en consecuencia, acercarse considerablemente. En ese momento, parte del material de los discos protoplanetarios de las estrellas puede verse desplazado y formar extensos penachos de gas que proporcionan pistas a los equipos astronómicos acerca de encuentros estelares anteriores”.
Nicolás Cuello, astrofísico e investigador titular de una beca Marie Curie en la Universidad de Grenoble Alpes, en Francia, y coautor del artículo, agrega que, en el caso de Z CMa, fue la morfología (o estructura) de estos penachos la que ayudó a los científicos a identificar y ubicar con precisión el intruso. “Los encuentros estelares causan cambios morfológicos en los discos (espirales, deformaciones, sombras, etc.) que delatan estos acercamientos. En este caso, al observar cuidadosamente el disco de Z CMa, detectamos la presencia de varios indicios de acercamientos”.
Dichos indicios no solo ayudaron al equipo científico a identificar el objeto intruso, sino que les permitieron deducir las consecuencias que tendrían estas interacciones para el futuro de Z CMa y los nuevos planetas que se están formando en el sistema, un proceso que sigue siendo un misterio para científicos y científicas. “Gracias a esta nueva investigación, ahora sabemos que estos acercamientos ocurren y que generan un importante impacto en los discos circumestelares gaseosos donde se forman los planetas, alrededor de las estrellas jóvenes”, afirma Nicolás Cuello. “Estos acercamientos pueden perturbar considerablemente los discos circumestelares que rodean las estrellas afectadas, tal como lo demuestran los extensos penachos observados alrededor de Z CMa”.
Hauyu Baobab Liu agrega: “Estas perturbaciones no solo generan penachos de gas, sino que también podrían incidir en la evolución térmica de las estrellas afectadas, como Z CMa. Esto podría causar fenómenos violentos como erupciones de acreción e incidir en el desarrollo del sistema estelar en su totalidad de formas que aún no hemos observado o determinado”.
Según Ruobing Dong, el estudio de la evolución y el crecimiento de los distintos sistemas estelares jóvenes de la galaxia ayuda a los equipos científicos a entender mejor el origen de nuestro propio Sistema Solar. “La observación de eventos como estos nos abre una ventana hacia el pasado, y nos permite incluso determinar lo que pudo haber sucedido en las primeras etapas de desarrollo de nuestro propio Sistema Solar, un proceso cuyos rastros desaparecieron hace tiempo. Observar fenómenos como este ocurriendo en sistemas solares que aún están formándose nos proporciona la información necesaria para deducir lo que pudo haber pasado en nuestro Sistema Solar hace mucho tiempo. Ahora, el VLA y ALMA nos dieron las primeras pistas para dilucidar este misterio, y las próximas generaciones de observatorios de este tipo abrirán nuevas ventanas hacia el Universo que nos permitirán realizar hallazgos con los cuales apenas soñamos”. Hace poco, el Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés) obtuvo el visto bueno para que su Laboratorio Central de Desarrollo (CDL) lleve a cabo un proyecto de actualización del receptor de Banda 6 de ALMA por varios millones de dólares, mientras que su Next Generation VLA (ngVLA) obtuvo un sólido respaldo de la comunidad astronómica en el marco de la evaluación decenal Astro2020. La actualización tecnológica de ambos telescopios se traducirá en mejores observaciones y, posiblemente, en un importante aumento en los hallazgos de objetos difíciles de detectar, como el intruso estelar de Z CMa. Ambos proyectos están siendo parcialmente financiados por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF). “Estas observaciones ponen de manifiesto la sinergia que se produce al usar un instrumento nuevo junto con uno más consolidado, y demuestra el potencial del receptor de Band 6 de ALMA”, celebra el Dr. Joe Pesce, astrofísico y ALMA Program Director del NSF. “Estoy ansioso por ver los resultados aún más reveladores que se obtendrán con la actualización del receptor de Banda 6 de ALMA”.
Información adicional
Los resultados de esta investigación se publican como Dong et. al, «El probable acercamiento de la protoestrella binaria Z CMa atrapada en acción”, en Nature Astronomy, 10.1038/s41550-021-01558-y
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
Imágenes
Los científicos realizaron el primer estudio observacional en longitudes de onda múltiples de un objeto intruso que perturbó el disco protoplanetario (donde nacen planetas) que rodea la estrella Z Canis Majoris (Z CMa) de la constelación Canis Major. Esta imagen compuesta incluye datos de ALMA, del telescopio Subaru y del Jansky Very Large Array, que revelan en detalle las perturbaciones, tales como los extensos penachos de material generados en el disco protoplanetario de Z CMa por el objeto intruso. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ AUI NRAO Chile
Por primera vez, los científicos detectaron un objeto intruso “invadiendo” un sistema estelar en desarrollo. Al combinar observaciones aisladas del telescopio Subaru (banda H, arriba a la derecha) con observaciones de emisión del continuo de polvo del VLA (banda Ka, segunda imagen a la derecha), del receptor de Banda 6 de ALMA (tercera imagen a la derecha) y de la línea 13CO (abajo a la derecha), los científicos pudieron entender a cabalidad cuánta perturbación causó este intruso, que generó fenómenos como largos penachos de gas que se extienden mucho más allá del disco protoplanetario presente alrededor de Z Canis Majoris, una estrella de la constelación Canis Major. Queda por determinar qué consecuencias tendrán estas perturbaciones para el nacimiento de nuevos planetas en este sistema estelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ AUI NRAO Chile
Por primera vez, los científicos detectaron un objeto intruso “invadiendo” un sistema estelar en desarrollo. Al combinar observaciones aisladas del telescopio Subaru (banda H, arriba a la derecha) con observaciones de emisión del continuo de polvo del VLA (banda Ka, segunda imagen a la derecha), del receptor de Banda 6 de ALMA (tercera imagen a la derecha) y de la línea 13CO (abajo a la derecha), los científicos pudieron entender a cabalidad cuánta perturbación causó este intruso, que generó fenómenos como largos penachos de gas que se extienden mucho más allá del disco protoplanetario presente alrededor de Z Canis Majoris, una estrella de la constelación Canis Major. Queda por determinar qué consecuencias tendrán estas perturbaciones para el nacimiento de nuevos planetas en este sistema estelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ AUI NRAO Chile
Un equipo científico detectó un objeto intruso que perturbó el disco protoplanetario (donde se forman planetas) de Z Canis Majoris (Z CMa), una estrella de la constelación Canis Major. En esta representación artística se aprecia el intruso mientras sale del sistema estelar, dejando detrás de sí un penacho de gas del disco protoplanetario. Los datos recabados por ALMA, el telescopio Subaru y el Karl G. Jansky Very Large Array sugieren que el objeto intruso es el responsable de la formación de estos penachos de gas y que su “visita” puede tener consecuencias aún sin predecir para el crecimiento y el desarrollo de futuros planetas en el sistema estelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) B. Saxton NRAO/AUI/NSF
