Las sinergias que generará el Telescopio Magallanes Gigante con algunos de los observatorios terrestres y espaciales más poderosos de hoy permitirán explorar el universo de formas totalmente nuevas.  

La nueva generación de telescopios terrestres gigantes (los que se conocen hoy como telescopios extremadamente grandes) promete revolucionar la astronomía con innovaciones que traerán nuevas capacidades y complementarán instalaciones en operación en todo el mundo. Con este tipo de telescopios, responderemos preguntas sobre el universo que ni siquiera nos hemos hecho todavía e inauguraremos una nueva era de hallazgos.

Por ejemplo, el telescopio espacial Kepler, la primera misión de la NASA en detectar planetas de tipo terrestre en regiones habitables de su estrella, reveló que nuestra galaxia contiene miles de millones de exoplanetas ocultos tras observar sus desplazamientos. Pero ese fue apenas el primer paso. El telescopio Kepler agregó miles de nuevos candidatos a la lista de exoplanetas posiblemente habitables que debían ser confirmados y estudiados en profundidad por la generación de telescopios terrestres de 8 metros. En el futuro, los telescopios extremadamente grandes serán capaces de detectar planetas más tenues (más pequeños y fríos) y abarcar regiones más grandes del espacio, en las que incluso podrán detectar planetas similares a la Tierra por primera vez.

El Telescopio Magallanes Gigante será un telescopio extremadamente grande con un desempeño único, pues tendrá una combinación de calidad de imagen, campo de visión y sensibilidad a la luz sin precedentes. Esto será posible gracias a su diseño de dos espejos, su sistema de óptica adaptativa de capa baja y su capacidad para aprovechar al máximo su campo de visión con instrumentos de primera generación.  

Gracias a este abanico único de capacidades, que van desde la espectroscopía de campo amplio hasta la obtención directa de imágenes de exoplanetas, el Telescopio Magallanes Gigante podrá aprovechar como nunca antes los hallazgos de las instalaciones existentes. Estamos hablando de observatorios como Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Cosmic Explorer, Observatorio Gemini, Observatorio IceCube Neutrino, Telescopio espacial James Webb (JWST), Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO y LIGO II), Laser Interferometer Space Antenna (LISA), telescopio espacial Grace Roman, Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Observatorio C. Rubin y muchos más.  

«El Telescopio Magallanes Gigante trabajará en sinergia con observatorios en los que participan astrónomos y astrónomos de Corea, como ALMA, el Observatorio Rubin y el telescopio SPHEREx de la NASA. Una vez que entre en operación, la comunidad astronómica coreana podrá observar el universo con un nivel de profundidad mucho mayor que con los telescopios actuales más grandes a los que tienen acceso, a saber, los telescopios gemelos de 8,1 metros Gemini Norte y Gemini Sur. El Telescopio Magallanes Gigante realizará observaciones espectroscópicas detalladas de determinados objetos detectados por el Observatorio Rubin, así como análisis de seguimiento en profundidad de las atmósferas de exoplanetas detectados por SPHEREx y observaciones precisas de los estudios de campo profundos de SPHEREx en los polos eclípticos Norte y Sur. Gracias a su resolución espacial comparable a la de ALMA, podrá hacer observaciones en longitudes de onda múltiples, abarcando un amplio rango espectral, del espectro óptico al espectro de radio». —  Byeong-Gon Park, director del Centro de Grandes Telescopios del Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur.

Estos son algunos de los telescopios que el GMT complementará y con los que contribuirá, de esa forma, a maximizar el aporte científico de las inversiones federales de Estados Unidos:  

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1. Telescopio espacial James Webb
2. Observatorio Vera C. Rubin
3. Gran Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama (ALMA)
4. Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO)
5. Telescopio Extremadamente Grande de Europa
6. Programa de Telescopios Extremadamente Grandes de Estados Unidos (US-ELTP)

1. Telescopio espacial James Webb

A cerca 1,6 millones de kilómetros de la Tierra se encuentra en Telescopio Espacial James Webb (JWST), de 6,5 metros, ocupado estudiando cada etapa de la historia de nuestro universo. El Telescopio Magallanes Gigante será un excelente complemento para el JWST, así como el Telescopio Espacial Hubble (HST), de 2,5 metros, ha sido un gran aporte para los telescopios actuales de 8 metros, como el Gemini y el Keck.  

El JWST actualmente estudia la formación de sistemas solares con planetas similares a la Tierra que podrían albergar vida. Como el JWST funciona en el espectro infrarrojo, el Telescopio Magallanes Gigante, con su elevada resolución espectral en longitudes de onda ópticas y su extrema resolución de imágenes, será el complemento ideal para estudiar exoplanetas fríos similares a la Tierra y detectar biofirmas que confirmen su origen biológico. Esto es especialmente importante considerando que tener una amplia cobertura de longitud de onda y del espectro visible es fundamental para distinguir «falsos positivos» de combinaciones moleculares que solo pueden ser producidas por formas de vida orgánica.

Otra misión clave del JWST consiste en entender cómo se formaron las estrellas en el universo primitivo. Tras el Big Bang, los únicos elementos que había eran el hidrógeno y pequeñas cantidades de helio, berilio y boro. Hoy, entendemos cómo las estrellas se forman a partir de nubes de gas, en un proceso de enfriamiento que requiere la presencia de elementos químicos más pesados. Cabe preguntarse, pues, cómo se formaron las primeras estrellas sin que el gas se enfriara para luego colapsar. La cámara de infrarrojo cercano del JWST, un instrumento primario sensible a longitudes de onda de entre 0,6 y 5 micrones, es capaz de observar la formación de esos primeros objetos. Al alcanzar entre 4 y 16 veces la resolución espacial del JWST, los espectrógrafos del Telescopio Magallanes Gigante proporcionarán datos espectroscópicos cruciales para calcular el movimiento y la composición química de las galaxias de esos tiempos remotos y nos ayudarán a desvelar el misterio de la formación de estrellas y galaxias cuando el universo aún era tan joven.   

2. Observatorio Vera C. Rubin

El Telescopio Magallanes Gigante se está construyendo en Chile, en una región ideal para la observación astronómica. Tanto, que más del 70 % de los grandes observatorios del mundo apuntan hacia el cielo austral. Uno de ellos es el Observatorio Vera C. Rubin, de 8,4 metros, que se ubica a menos de 130 kilómetros de la cumbre donde se construye el Telescopio Magallanes Gigante y pronto dará inicio a sus operaciones. Este observatorio usará la cámara más grande construida a la fecha para observar el cielo todas las noches durante 10 años y generar una toma ultragran angular y en ultraalta definición de nuestro universo en cámara rápida en longitudes de onda ópticas. Esta campaña de observación se conoce como Legacy Survey Space and Time (LSST). 

Con su increíble sensibilidad y cadencia y su amplia área de observación, el Observatorio Vera C. Rubin revolucionará áreas de la astronomía como los transitorios exóticos, la formación y evolución de las galaxias revelada por el brillo superficial más bajo y las galaxias dominadas por la materia oscura… siempre y cuando podamos luego estudiar en detalle los objetos que el observatorio detecte. El Telescopio Magallanes Gigante, gracias a su eficiente espectroscopía multiobjeto, nos ofrecerá la mayor resolución, el mayor rango de cobertura de longitudes de onda y el campo de visión más amplio posibles para sacar el máximo provecho a estas campañas de observación, con el fin de ayudarnos a entender mejor las características físicas, químicas, dinámicas y evolutivas de los objetos que se descubran.   

«El Observatorio Rubin es una máquina de descubrimientos. Con él se observará todo el cielo nocturno sobre Chile (incluso sobre el Telescopio Magallanes Gigante) cada cierta cantidad de noches y se identificarán objetos que cambiaron de lugar o de brillo. Como el Simonyi Survey Telescope del Observatorio Rubin también es muy grande, algunos de estos objetos cambiantes o transitorios se verán muy tenues. El Telescopio Magallanes Gigante es ideal para hacer un seguimiento a los objetos poco luminosos, y en algunos casos raros, gracias a sus modernos instrumentos de gran apertura». — Robert Blum, director de operaciones del Observatorio Vera C. Rubin

«Una vez que el Observatorio Rubin empiece a funcionar este año, la Fundación de Fomento a la Investigación del Estado de São Paulo (FAPESP, en su sigla en portugués) tiene previsto proporcionar conexión de datos al telescopio en Chile para que la comunidad astronómica brasileña participe en la investigación científica. La FAPESP garantizará, de esa forma, que la comunidad astronómica brasileña se mantenga a la cabecera de la investigación durante las próximas décadas apoyando al Observatorio Rubin y al Telescopio Magallanes Gigante». — Vitor de Souza, profesor de astrofísica de la FAPESP.

3. Gran Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama (ALMA)

ALMA, uno de los radiotelescopios más grandes del mundo, estudia la luz emitida por los objetos más fríos y lejanos del universo. Como también está ubicado en Chile, el Telescopio Magallanes Gigante podrá observar los mismo objetos. Mientras que las observaciones ópticas y en el infrarrojo cercano son ideales para estudiar los planetas y estrellas, los instrumentos que trabajan en longitudes de onda largas permiten estudiar las condiciones iniciales de los discos donde estos se forman. Cuando observemos el nacimiento de estrellas con los telescopios extremadamente grandes, ALMA ya habrá observado en detalle regiones enteras de formación estelar y nos habrá entregado información sobre la temperatura, densidad, velocidad y concentración química de los gases y sobre los campos magnéticos. Al combinar esta información con nuestras observaciones de las propiedades estelares y planetarias, profundizaremos nuestra comprensión de los procesos de formación planetaria. 

«Algunos de los estudios más fascinantes de la astronomía requieren la colaboración de telescopios ópticos y de radio. Un ejemplo de ello son las ráfagas rápidas de radio, caracterizadas por ser extremadamente brillantes y breves. Aunque se descubrieron usando radiotelescopios, Necesitábamos la información detallada de las observaciones ópticas para entender de dónde venían y qué podía estar causando estas enormes erupciones de energía en galaxias distantes». — Sarah Pearce, directora del Telescopio SKA-Low

Además de observar el nacimiento de estrellas, para estudiar los procesos de formación planetaria, ALMA y el Telescopio Magallanes Gigante generarán imágenes complementarias y análisis espectroscópicos de discos circumestelares con resoluciones espaciales comparables. Mientras que la espectroscopía realizada por nuestro espectrógrafo de infrarrojo cercano GMTNIRS será sensible a los gases calientes, ALMA observará gases más fríos del mismo tipo.   

 4. Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory

LIGO detecta ondas gravitacionales. Es uno de los proyectos más grandes que haya financiado la fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF, en su sigla en inglés) y forma parte de una red mundial de detectores que comprende instalaciones en Italia, Japón e India. Su aporte científico ha sido monumental. Además de detectar numerosas fusiones de agujeros negros, en 2017 LIGO detectó la fusión de dos estrellas de neutrones, un fenómeno que posteriormente se observó a nivel electromagnético. Fue una hazaña científica que permitió observar la formación de un agujero negro y reveló que en estos fenómenos se encuentra la génesis de muchos elementos químicos para los cuales hasta entonces solo había teorías. Los telescopios gemelos de 6,5 metros Magallanes, ubicados en Chile, obtuvieron imágenes clave de ese acontecimiento efímero. Pronto, el Telescopio Magallanes Gigante será capaz de observar eventos mucho menos luminosos, y en mayor cantidad.  

«El descubrimiento de la fusión de dos estrellas de neutrones a partir de múltiples mensajeros en 2017 fue un acontecimiento revolucionario que demostró las poderosas sinergias entre la astronomía gravitacional y la de ondas electromagnéticas. Sin embargo, estos fenómenos son tan raros que la mayoría ocurren demasiado lejos de la Tierra como para ser detectados por los telescopios electromagnéticos actuales. Con el Telescopio Magallanes Gigante trabajando en paralelo a la red mundial de detectores de ondas gravitacionales como LIGO, podremos aprovechar todo el potencial de la astronomía multimensajero y explorar la población cósmica de estrellas de neutrones en extinción». — Vicky Kalogera, profesora distinguida de la cátedra Daniel I. Linzer de la Northwestern University, directora de CIERA y directora del SkAI Institute

Gracias a sus espectrógrafos, que destacarán por su elevado rendimiento, su alta resolución espectral y su alta resolución espacial en el espectro óptico a infrarrojo medio, el Telescopio Magallanes Gigante desempeñará un papel preponderante en los estudios de seguimiento de las fuentes de ondas gravitacionales. Para aprovechar todo el potencial de la astronomía gravitacional, estudiando, por ejemplo, las fábricas de elementos químicos que se generan en estos espectaculares eventos, las observaciones electromagnéticas son indispensables. En la era de los telescopio extremadamente grandes, se podrá determinar la posición de los eventos de ondas gravitacionales en el cielo con una precisión de 10 a 100 grados cuadrados. Así, se podrán localizar las fuentes de ondas gravitacionales y sus espectros junto con su radiación electromagnética. El Telescopio Magallanes Gigante será clave a la hora de identificar y estudiar estos poderosos y exóticos eventos en luz visible e infrarroja.   

5. Telescopio Extremadamente Grande de Europa

Además de generar sinergias con el sistema actual de instalaciones astronómicas terrestres en las que Estados Unidos ha invertido miles de millones de dólares, el Telescopio Magallanes Gigante también es un excelente complemento para el Telescopio Extremadamente Grande del Observatorio Europeo Austral, conocido como E-ELT. Una vez que esté terminado hacia el final de la década, en lo alto del desierto de Atacama, en Chile, el E-ELT tendrá 39 metros y será el telescopio óptico/infrarrojo más grande del mundo. Tener dos telescopios extremadamente grandes en el mismo hemisferio traerá grandes beneficios para la ciencia, puesto que la comunidad científica internacional podrá comparar y corroborar sus hallazgos.  

Además de contribuir a la comparación y corroboración de las observaciones, estos telescopios aportan capacidades diferentes a la hora de obtener un panorama más detallado de nuestro universo. En efecto, la sensibilidad ultravioleta del Telescopio Magallanes Gigante complementará las observaciones del hemisferio Sur, al profundizar en el espectro ultravioleta con su alta resolución espectral (alcanzando 320 nanómetros frente a los 400-500 nanómetros del E-ELT). El Telescopio Magallanes Gigante ofrece una cobertura más amplia en longitudes de onda más azules y permite el uso de óptica adaptativa extrema para la observación de exoplanetas, mientras que el E-ELT tiene más instrumentos de infrarrojo medio y un mayor diámetro, que ofrecen una mayor resolución espacial en cualquier longitud de onda.  

6. Programa de Telescopios Extremadamente Grandes de Estados Unidos (US-ELTP)

Al igual que los telescopios gemelos de 8,1 metros Gemini Norte y Gemini Sur, ubicados en Hawái y Chile, respectivamente, el Programa de Telescopios Extremadamente Grandes de Estados Unidos (US-ELTP), que también abarca ambos hemisferios, beneficiará a la comunidad astronómica de Estados Unidos una vez que entren en operación el Telescopio Magallanes Gigante, en el hemisferio Sur, y el Telescopio de Treinta Metros, en el hemisferio Norte. Así, la comunidad científica podrá idear y dirigir proyectos desde cualquier lugar del país con el fin de aprovechar al máximo los distintos instrumentos y la plena cobertura espacial que ofrecerá el programa.

El US-ELTP generará importantes sinergias con muchos telescopios que se construyen actualmente, como el Observatorio Rubin y el E-ELT, así como el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman (RST) y el Habitable Worlds Observatory (HWO). Estos dos telescopios espaciales desarrollados por la NASA prometen realizar hallazgos revolucionarios para la astrofísica. Asimismo, se está diseñando LIGO II, una versión nueva y mejorada de LIGO con una mayor sensibilidad a las ondas gravitacionales. Durante las próximas décadas, el US-ELTP coordinará proyectos científicos de telescopios que observan en diversas longitudes de onda.