ALMA tendrá nuevo cerebro

Publicado el | por María Fernanda Durán

El telescopio milimétrico y submilimétrico más potente del mundo obtuvo el visto bueno para modernizar su correlacionador central y su sistema de transmisión digital. De esa forma, su capacidad de producción de datos aumentará en un factor de 200 a 400.

El directorio del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una colaboración internacional de la que forma parte el Observatorio Radioastronómico Nacional de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés), aprobó un proyecto por varios millones de dólares para desarrollar un correlacionador y un sistema de transmisión digital de segunda generación. Con esta iniciativa, enmarcada en el proyecto de incremento de la sensibilidad de banda amplia de ALMA, se busca duplicar y, eventualmente, cuadruplicar el ancho de banda correlacionado del conjunto de antenas.

El correlacionador de segunda generación de ALMA –el “cerebro” del observatorio– es un tipo de supercomputador que combina las señales individuales de cada antena para generar espectaculares imágenes de objetos astronómicos, y constituye una pieza clave del proyecto de modernización ALMA2030. El nuevo correlacionador incrementará la capacidad del computador actual, de por sí altamente sofisticado, para procesar y combinar datos con el fin de generar imágenes astronómicas más detalladas.

“Mientras los correlacionadores actuales de ALMA ya están entre los superprocesadores de señales más rápidos del mundo, el correlacionador de segunda generación podrá producir 200 y, eventualmente, 400 veces más datos por segundo con un mayor nivel de sensibilidad, lo que equivale a agregar más de 1.000 horas de observación por año”, explica Crystal Brogan, Program Scientist de ALMA-Norteamérica y ALMA Development Program Coordinator en NRAO. “La expansión inicial del ancho de banda del sistema en un factor dos y, eventualmente cuatro, incrementará la producción científica de ALMA en todos los ámbitos de observación, desde nuestro Sistema Solar hasta las galaxias más distantes. Asimismo, el correlacionador de segunda generación permitirá obtener una alta resolución espectral en un amplio ancho de banda por primera vez, lo que se traducirá en una vista sin precedentes de las características cinemáticas y la química de las estrellas y los procesos de formación planetaria.

El proyecto, avaluado en 36 millones de dólares, tardará cerca de seis años en llevarse a cabo y requerirá combinar la experiencia en hardware y firmware de los científicos e ingenieros del Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y la experiencia en software del Departamento de Gestión de Datos y Software de NRAO. Asimismo, un equipo de especialistas del Observatorio Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT Haystack, en inglés) colaborará en la implementación y las pruebas que se realizarán con el nuevo correlacionador en el conjunto en fase. El proyecto será dirigido por el departamento norteamericano de ALMA, a cargo de NRAO.

“El nuevo correlacionador es la base del proyecto de modernización de la sensibilidad de banda amplia. Ahora que se aprobó, se pasó de la planificación a la construcción. Este proyecto se llevará a cabo en el marco de la colaboración internacional de ALMA, y para fines de esta década veremos los resultados plasmados en increíbles descubrimientos”, celebra Phil Jewell, director de ALMA-Norteamérica.

El nuevo sistema de transmisión digital –desarrollado en conjunto por el Laboratorio Central de Desarrollo de NRAO (CDL) y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), que también participa en ALMA– funcionará como una autopista de información ampliada que multiplicará por 8 la cantidad de datos transmitidos por cada uno de los nuevos receptores al nuevo correlacionador.

“El sistema de transmisión digital es un fascinante trabajo de colaboración con nuestros colegas de NAOJ que proporcionará una vía de transmisión de mayor capacidad entre los nuevos receptores y el nuevo procesador de señal centralizado Talon de ALMA. Para este proyecto se aprovechó nuestra experiencia en fotónica y procesamiento de señal digital y se usó hardware de avanzada, lo que nos permitió lograr una serie de mejoras”, señala Bert Hawkins, director del Laboratorio Central de Desarrollo.

Álvaro González, ALMA Program Manager para Asia del Este en NAOJ, agrega: “El nuevo sistema de transmisión digital de ALMA2030 usará los estándares más avanzados de transmisión de datos de alta velocidad y la máxima cantidad posible de tecnología disponible en el comercio. En esta colaboración entre NAOJ y NRAO, combinaremos los mejores aspectos de la tecnología y de los conocimientos prácticos de ambas partes. El sistema de transmisión digital se diseñará para alcanzar el objetivo de multiplicar por 4 el ancho de banda de ALMA de forma instantánea y para el futuro aumento de la distancia entre las antenas hasta unos 75 km con el fin de mejorar la resolución angular”.

La primera etapa de mejora del sistema de transmisión digital que se aprobó, por unos 800.000 dólares estadounidenses, apunta a la fabricación de un prototipo del nuevo sistema de extremo a extremo de aquí a 2026, seguida de una propuesta de segunda etapa de producción.

El papel fundamental que desempeñan NRAO y ALMA-Norteamérica en el incremento de capacidad de ALMA2030 va más allá del correlacionador y el sistema de transmisión digital, pues incluye la conversión del Centro de Apoyo a las Operaciones para alojar y operar la infraestructura adicional necesaria para el nuevo correlacionador y los sistemas de apoyo, así como los nuevos receptores. El Laboratorio Central de Desarrollo de NRAO empezó a trabajar en los nuevos receptores de 1,3 mm de ALMA (Banda 6) tras recibir el visto bueno y el financiamiento para la primera etapa a fines de 2021. El prototipo de Banda 6v2 debería quedar listo en 2025 y allanar el camino para la fabricación de una serie de receptores de Banda 6 para ALMA que mejorarán la cantidad y la calidad de las observaciones realizadas en longitudes de onda de entre 1,4 y 1,1 mm.

Una vez que estén listos, se procederá, en el marco del proyecto ALMA2030, con la actualización de la mayoría de los receptores para incrementar el ancho de banda y la sensibilidad del conjunto, la sustitución de la cadena de señal digital de ALMA (el digitalizador, el sistema de transmisión digital y el correlacionador), la instalación de nuevos cables de fibra óptica entre el Sitio de Operaciones de ALMA y el Centro de Apoyo a las Operaciones, y el desarrollo de los softwares correspondientes de control y adquisición y procesamiento de datos.

“ALMA es un observatorio muy poderoso que ha permitido revelar los secretos de los discos protoplanetarios y las nubes invisibles de polvo y gas que alimentan la formación de estrellas, planetas y galaxias. Estas actualizaciones nos ayudarán a ver más lejos que nunca y procesar la información más rápido y con mayor claridad”, explica Tony Beasley, director de NRAO. “Con cada actualización, estamos literalmente construyendo el futuro de la radioastronomía”.

Sean Dougherty, director de ALMA, agrega: “Es un momento muy emocionante para ALMA. La aprobación de estos dos importantes componentes del proyecto de incremento de sensibilidad de banda amplia –un nuevo sistema de transmisión de datos y un correlacionador pionero– aumentará considerablemente las capacidades de ALMA en todos los campos de la ciencia”.

“Este gran proyecto garantiza que ALMA siga operando y haciendo observaciones increíbles”, celebra Joe Pesce, Program Officer de la NSF para ALMA. “La mejora de las capacidades que traerá el nuevo correlacionador generará nuevos hallazgos sobre nuestro Universo y hará avanzar la ciencia”.

“Este proyecto mejorará considerablemente la sensibilidad, versatilidad y eficiencia del telescopio”, afirma Brent Carlson, Research Officer del Centro Herzberg de Astronomía y Astrofísica e investigador principal del proyecto de correlacionador en el NRC. “El correlacionador de segunda generación de ALMA permitirá recabar mucha más información espectral de fuentes de radio con el fin de generar imágenes de forma instantánea. De esta forma, los científicos tendrán acceso a una cantidad colosal de datos nuevos. Esta capacidad para realizar escaneos espectrales de manera eficiente a resoluciones tan elevadas no tiene precedentes, y mantendrá a ALMA en la cabecera de los hallazgos científicos”.

El Programa de Desarrollo de ALMA-Norteamérica es financiado por la NSF y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá.

El Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) es un establecimiento de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos operado por Associated Universities Inc. en virtud de un acuerdo de cooperación.

Sobre ALMA

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 Estados Unidos (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 miembro, 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 miembro; 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.

 

 

Llamado a propuestas para Ciclo 10 de ALMA estará abierto entre abril y mayo de 2023

Publicado el | por María Fernanda Durán

Se prevé que se emita una convocatoria de propuestas (CfP) con información detallada sobre el Ciclo 10 en abril de 2023, y la fecha límite para la presentación de propuestas será en mayo de 2023. El propósito de este anuncio previo es resaltar aspectos de CfP para ayudar con una planificación temprana. El Ciclo 10 de ALMA comenzará en octubre de 2023. En el Array principal de 12 m, se ofrecerán configuraciones de antena C-1 a C-8 (con líneas de base máximas entre 0,16 y 8,5 km). El número de horas que estarán disponibles para las observaciones científicas aprobadas se anunciará en el CfP. Se recomiendan encarecidamente los proyectos con observaciones en las bandas de frecuencia más alta 8, 9 y 10. Se alienta a los proponentes a enviar observaciones independientes de ACA para objetivos que se pueden observar en el rango LST de 20 a 10 horas.

Las fechas clave (anticipadas) para el Ciclo 10 son:

  • 12 abril 2023: Apertura del archivo para presentación de propuestas. Lanzamiento del llamado a propuestas.
  • 10 mayo 2023: Plazo de presentación de propuestas.
  • agosto 2023: Se envían los resultados de la revisión de la propuesta a los proponentes.
  • 1 de octubre de 2023: Inicio esperado de las observaciones del Ciclo 10.

Los tipos de propuestas en el Ciclo 10 serán los mismos que los del Ciclo 9. Los Investigadores Principales que presenten una propuesta a ALMA para observaciones de Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI) en las Bandas 1 o 3 de ALMA realizadas en conjunto con el Global mm-VLBI Array (GMVA ) en 7 mm y 3 mm también deben presentar una propuesta a la GMVA antes de la fecha límite del 1 de febrero de 2023.

Nuevo en Ciclo 10

Las siguientes capacidades técnicas estarán disponibles este Ciclo por primera vez:

  • La banda 1 en el conjunto de 12 m y solo para Stokes I (sin Stokes Q/U/V), se prevé que esté disponible a partir de marzo de 2024
  • Exploraciones espectrales que incluyen observaciones de potencia total
  • Modos espectrales de 4 × 4 bits para mejorar la sensibilidad en el conjunto de 12 m (doble polarización)
  • Observaciones solares en polarización completa en la Banda 3 usando solo el Array de 12 m
  • Modo Phased Array en las Bandas 1, 3, 6 y 7 (se espera que el tiempo total disponible para este modo se limite a aproximadamente 50 horas)
  • VLBI en Bandas 1, 3, 6 y 7, incluyendo sintonización flexible para líneas espectrales

Lo nuevo en el ciclo 10 será la disponibilidad de propuestas conjuntas con otras instalaciones, incluido el telescopio espacial James Webb del Space Telescope Science Institute, el Karl G. Jansky Very Large Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía y el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral.

Otra novedad de este ciclo es que la calibración de fase de banda a banda estará disponible para observaciones de alta frecuencia en las configuraciones de matriz de 7 my todas las configuraciones de matriz de 12 m. Se espera que se limite el tiempo total disponible para los proyectos que necesitan calibración de fase de banda a banda.

Proceso de revisión de propuestas

  • Todas las propuestas que soliciten menos de 50 horas en el conjunto de 12 m y las propuestas independientes de ACA que soliciten menos de 150 horas en el conjunto de 7 m se revisarán a través del sistema de revisión por pares distribuido.
  • Los Programas Grandes serán revisados por un panel de expertos.
  • Todas las propuestas del Ciclo 10 serán revisadas a través de un procedimiento anónimo dual.

Se puede encontrar más información en el Portal de ciencia de ALMA (en inglés).

Máseres de hidrógeno revelan nuevos secretos de una estrella masiva a científicos de ALMA

Publicado el | por María Fernanda Durán

Equipo científico usó líneas únicas de recombinación de hidrógeno en ondas de radio de MWC 349A para revelar chorros colimados ocultos

Mientras usaban el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar los máseres presentes alrededor de la inusual estrella MWC 349A, un equipo científico descubrió algo inesperado: un desconocido chorro de material emanando del disco de gas de la estrella a velocidades inverosímiles. Se cree, además, que el chorro es generado por intensas fuerzas magnéticas presentes alrededor de la estrella. El hallazgo podría ayudar a la comunidad científica a entender la naturaleza y la evolución de las estrellas masivas, y entender cómo los máseres de hidrógeno se forman en el espacio. Las nuevas observaciones se presentaron hoy durante una conferencia de prensa en la asamblea n.o 241 de la Sociedad Astronómica de Estados Unidos (AAS, en su sigla en inglés) en Seattle (Washington, Estados Unidos).

Las características únicas de MWC 349A, que se encuentra a unos 3.900 años luz de la Tierra, en la constelación del Cisne, reviste especial interés para la investigación científica en longitudes de onda ópticas, infrarrojas y de radio. Esta estrella masiva, cuya masa es unas 30 veces mayor a la de nuestro Sol, es una de las fuentes de radio más luminosas del cielo, y uno de los pocos objetos conocidos que tienen máseres de hidrógeno. Estos máseres amplifican las emisiones de radio en microondas, lo cual ayuda a estudiar procesos que suelen ser demasiado pequeños para observar. Así fue como el equipo científico pudo mapear el disco de MWC 349A por primera vez.

“Un máser es como un láser natural”, explica Sirina Prasad, asistente de investigación y estudiante de pregrado del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian (CfA), y autora principal del artículo. “Es un área del espacio que emite una luz realmente intensa. Podemos verla y rastrearla hasta su origen, y esto nos ayuda a entender qué está sucediendo realmente”.

Gracias a la capacidad de resolución de la Banda 6 de ALMA, desarrollada por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, el equipo pudo usar los máseres para revelar estructuras desconocidas del entorno inmediato de la estrella. Qizhou Zhang, astrofísico sénior de CfA e investigador principal del proyecto, agrega: “Usamos máseres generados por hidrógeno para estudiar las estructuras físicas y dinámicas del gas que rodea MWC 349A, y descubrimos un disco de gas plano con un diámetro similar al del Sistema Solar. Esto confirma que la estrella tiene una estructura prácticamente horizontal. También detectamos un veloz chorro escondido entre los vientos que soplan alejándose de la estrella”. 

El chorro observado eyecta material hacia fuera de la estrella a una impresionante velocidad de 500 km por segundo, equivalente a viajar desde San Diego (California) hasta Phoenix (Arizona) literalmente en un abrir y cerrar de ojos. De acuerdo con el equipo de investigación, lo más probable es que para que un chorro sea tan veloz haya una fuerza magnética que lo impulse. En el caso de MWC 349A, podría tratarse de un viento magnetohidrodinámico, un tipo de viento cuyo movimiento es determinado por la interacción entre el campo magnético de la estrella y los gases presentes en el disco que la rodea.

“Hasta ahora pensábamos que MWC 349A estaba rodeada por un disco giratorio y vientos fotoevaporados. Aún no se había detectado un chorro colimado en este sistema. Aunque no sabemos a ciencia cierta de dónde viene o cómo se produce, podría ser generado por vientos magnetohidrodinámicos, y en ese caso el campo magnético sería responsable de eyectar material giratorio del sistema”, agrega Sirina Prasad. “Esto podría ayudarnos a entender mejor las dinámicas disco-viento de MWC 349A y la interacción entre los discos circumestelares, los vientos y los chorros de otros sistema estelares”.

El Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) es un establecimiento de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos operado por Associated Universities Inc. en virtud de un acuerdo de cooperación.