El Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ( ALMA ) es un interferómetro astronómico de 66 radiotelescopios en el desierto de Atacama en el norte de Chile , que observan radiación electromagnética en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas . La matriz se ha construido en la meseta de Chajnantor de 5,000 m (16,000 pies) de elevación, cerca del Observatorio Llano de Chajnantor y el Experimento Pathfinder de Atacama . Esta ubicación fue elegida por su alta elevación y baja humedad., factores que son cruciales para reducir el ruido y disminuir la atenuación de la señal debido a la atmósfera terrestre. [1] Se espera que ALMA proporcione información sobre el nacimiento de estrellas durante la era Stelliferous temprana e imágenes detalladas de la formación de estrellas y planetas locales .
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| Nombres alternativos | Atacama Gran Matriz Milimétrica y Submilimétrica  |
|---|---|
| Parte de | Event Horizon Telescope Observatorio Llano de Chajnantor |
| Ubicación (es) | Desierto de Atacama , Región de Antofagasta , Desierto de Atacama , Chile |
| Coordenadas | 23 ° 01′09 ″ S 67 ° 45′12 ″ O / 23.0193 ° S 67.7532 ° WCoordenadas : 23 ° 01′09 ″ S 67 ° 45′12 ″ O / 23.0193 ° S 67.7532 ° W |
| Organización | Instituto Nacional de Ciencias Naturales del Observatorio Europeo Austral, Fundación Nacional de Ciencias de Japón |
| Altitud | 5.058,7 m (16.597 pies) |
| Estilo telescopio | Interferómetro de radio del radiotelescopio |
| Sitio web | www |
  Ubicación de Atacama Large Millimeter Array | |
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ALMA es una asociación internacional entre Europa , Estados Unidos , Canadá , Japón , Corea del Sur , Taiwán y Chile . [2] Con un costo aproximado de 1.400 millones de dólares, es el telescopio terrestre más caro en funcionamiento. [3] [4] ALMA comenzó a realizar observaciones científicas en el segundo semestre de 2011 y las primeras imágenes se dieron a conocer a la prensa el 3 de octubre de 2011. La matriz ha estado en pleno funcionamiento desde marzo de 2013. [5] [6]
Descripción general
La matriz de ALMA inicial está compuesta por 66 antenas de alta precisión y opera en longitudes de onda de 3.6 a 0.32 milímetros (31 a 1000 GHz). [7] La matriz tiene una sensibilidad y una resolución mucho más altas que los telescopios submilimétricos anteriores , como el telescopio James Clerk Maxwell de plato único o las redes de interferómetros existentes, como la matriz Submilimétrica o la instalación Plateau de Bure del Institut de Radio Astronomie Millimetrique (IRAM) .
Las antenas se pueden mover a través de la meseta del desierto a distancias de 150 ma 16 km, lo que le dará a ALMA un poderoso "zoom" variable, similar en su concepto al empleado en el sitio Very Large Array (VLA) de longitud de onda centimétrica en New México, Estados Unidos .
La alta sensibilidad se logra principalmente a través de la gran cantidad de antenas que compondrán la matriz.
Los telescopios fueron proporcionados por los socios europeos, norteamericanos y del este asiático de ALMA. Los socios estadounidenses y europeos proporcionaron cada uno veinticinco antenas de 12 metros de diámetro, que componen la matriz principal. Los países participantes de Asia Oriental están contribuyendo con 16 antenas (cuatro de 12 metros de diámetro y doce de 7 metros de diámetro) en forma de Atacama Compact Array (ACA), que es parte de ALMA mejorado.
Al usar antenas más pequeñas que la matriz principal de ALMA, se pueden obtener imágenes de campos de visión más grandes a una frecuencia determinada utilizando ACA. Colocar las antenas más juntas permite obtener imágenes de fuentes de mayor extensión angular. El ACA trabaja junto con la matriz principal para mejorar la capacidad de imágenes de campo amplio de esta última.
Historia
ALMA tiene sus raíces conceptuales en tres proyectos astronómicos: el Millimeter Array (MMA) de los Estados Unidos, el Large Southern Array (LSA) de Europa y el Large Millimeter Array (LMA) de Japón.
El primer paso hacia la creación de lo que se convertiría en ALMA llegó en 1997, cuando el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) y el Observatorio Europeo Austral (ESO) acordaron llevar a cabo un proyecto común que fusionó el MMA y LSA. La matriz fusionada combinó la sensibilidad del LSA con la cobertura de frecuencia y el sitio superior del MMA. ESO y NRAO trabajaron juntos en grupos técnicos, científicos y de gestión para definir y organizar un proyecto conjunto entre los dos observatorios con la participación de Canadá y España (este último se convirtió en miembro de ESO más tarde).
Una serie de resoluciones y acuerdos llevaron a la elección de "Atacama Large Millimeter Array", o ALMA, como el nombre de la nueva matriz en marzo de 1999 y a la firma del Acuerdo ALMA el 25 de febrero de 2003, entre las partes norteamericana y europea. . ("Alma" significa "alma" en español y "aprendido" o "conocedor" en árabe). Luego de discusiones mutuas durante varios años, el Proyecto ALMA recibió una propuesta del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) por la cual Japón proporcionaría el ACA (Atacama Compact Array) y tres bandas receptoras adicionales para el arreglo grande, para formar ALMA mejorado. Más conversaciones entre ALMA y NAOJ llevaron a la firma de un acuerdo de alto nivel el 14 de septiembre de 2004 que convierte a Japón en un participante oficial de ALMA mejorado, que se conocerá como Atacama Large Millimeter / submillimeter Array. El 6 de noviembre de 2003 se llevó a cabo una ceremonia de inauguración y se dio a conocer el logotipo de ALMA. [8]
Durante una etapa inicial de la planificación de ALMA, se decidió emplear antenas de ALMA diseñadas y construidas por empresas conocidas en América del Norte, Europa y Japón, en lugar de utilizar un solo diseño. Esto fue principalmente por razones políticas. Aunque los proveedores han elegido enfoques muy diferentes, cada uno de los diseños de antena parece ser capaz de cumplir con los estrictos requisitos de ALMA. Los componentes diseñados y fabricados en toda Europa fueron transportados por la empresa especializada en logística aeroespacial y astrospacial Route To Space Alliance, [9] 26 en total que fueron entregados a Amberes para su posterior envío a Chile.
Fondos
ALMA fue inicialmente una colaboración 50-50 entre el Observatorio Nacional de Radioastronomía y el Observatorio Europeo Austral (ESO) y luego se extendió con la ayuda de otros socios japoneses, taiwaneses y chilenos. [10] ALMA es el proyecto astronómico terrestre más grande y costoso, con un costo de entre 1.400 y 1.500 millones de dólares estadounidenses. [3] [11] (Sin embargo, varios proyectos de astronomía espacial, incluido el Telescopio Espacial Hubble , JWST y varias sondas planetarias importantes, han costado considerablemente más).
- Socios
- Observatorio Europeo Austral y Centro Europeo de Apoyo Regional
- National Science Foundation a través del Observatorio Nacional de Radioastronomía y el Centro de Ciencias ALMA de América del Norte
- Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá
- Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) dependiente de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS)
- ALMA- Taiwán en el Instituto Academia Sínica de Astronomía y Astrofísica (ASIAA)
- República de chile
Montaje
El complejo fue construido principalmente por universidades y empresas europeas, estadounidenses, japonesas y canadienses . Se han evaluado tres prototipos de antenas en el Very Large Array desde 2002.
Associated Universities, Inc. contrató a General Dynamics C4 Systems y su división SATCOM Technologies para proporcionar veinticinco de las antenas de 12 m, [12] mientras que el fabricante europeo Thales Alenia Space proporcionó las otras veinticinco antenas principales [13] (en el contrato industrial europeo más grande en astronomía terrestre). Mitsubishi Electric de Japón fue contratada para ensamblar las 16 antenas de NAOJ. [14] [15] Las antenas se entregaron al sitio desde diciembre de 2008 hasta septiembre de 2013. [16]
Transporte de antenas
Transportar las antenas de 115 toneladas desde la Instalación de Apoyo a las Operaciones a 2900 m de altitud hasta el sitio a 5000 m, o mover las antenas alrededor del sitio para cambiar el tamaño de la matriz, presenta enormes desafíos; como se retrata en el documental de televisión Monster Moves: Mountain Mission . [17] La solución elegida es utilizar dos dúmperes pesados de carga automática de 28 ruedas personalizados . Los vehículos fueron fabricados por Scheuerle Fahrzeugfabrik [18] en Alemania y tienen 10 m de ancho, 20 m de largo y 6 m de alto, y pesan 130 toneladas. Ellos son alimentados por doble turboalimentado de 500 kW motores diesel .
Los transportadores, que cuentan con un asiento del conductor diseñado para acomodar un tanque de oxígeno para ayudar a respirar el aire fino a gran altitud, colocan las antenas con precisión en las almohadillas. El primer vehículo se completó y probó en julio de 2007. [19] Ambos transportadores fueron entregados a la Instalación de Apoyo a las Operaciones de ALMA (OSF) en Chile el 15 de febrero de 2008.
El 7 de julio de 2008, un transportador de ALMA movió una antena por primera vez, desde el interior del edificio de montaje de antenas (Instalación de montaje del sitio) a una plataforma fuera del edificio para realizar pruebas (mediciones de superficie holográfica). [20]
Durante el otoño de 2009, las primeras tres antenas se transportaron una por una al sitio de operaciones de la matriz. A finales de 2009, un equipo de astrónomos e ingenieros de ALMA conectó con éxito tres antenas en el sitio de observación de elevación de 5.000 metros (16.000 pies), finalizando así la primera etapa de montaje e integración de la nueva matriz. La vinculación de tres antenas permite corregir los errores que pueden surgir cuando solo se utilizan dos antenas, lo que allana el camino para obtener imágenes precisas y de alta resolución. Con este paso clave, la puesta en servicio del instrumento comenzó el 22 de enero de 2010.
El 28 de julio de 2011, la primera antena europea para ALMA llegó a la meseta de Chajnantor, a 5.000 metros sobre el nivel del mar, para unir las 15 antenas ya instaladas de otros socios internacionales. Esta fue la cantidad de antenas especificadas para que ALMA comenzara sus primeras observaciones científicas y, por lo tanto, fue un hito importante para el proyecto. [22] En octubre de 2012, se habían instalado 43 de las 66 antenas.
Resultados científicos
Imágenes de la prueba inicial
Para el verano de 2011, durante el extenso programa de pruebas antes de la fase de Ciencia Temprana estaban en funcionamiento suficientes telescopios para capturar las primeras imágenes. [24] Estas primeras imágenes dan un primer vistazo al potencial de la nueva matriz que producirá imágenes de mucha mejor calidad en el futuro a medida que la escala de la matriz continúe aumentando.
El objetivo de la observación fue un par de galaxias en colisión con formas dramáticamente distorsionadas, conocidas como Galaxias Antenas . Aunque ALMA no observó la fusión de galaxias completa, el resultado es la mejor imagen de longitud de onda submilimétrica jamás obtenida de las Galaxias Antenas, que muestra las nubes de gas frío y denso a partir de las cuales se forman nuevas estrellas, que no se pueden ver con luz visible.
Estudios de cometas
El 11 de agosto de 2014, los astrónomos publicaron estudios, utilizando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) por primera vez, que detallaban la distribución de HCN , HNC , H 2 CO y polvo dentro de las comas de los cometas C / 2012 F6 ( Lemmon) y C / 2012 S1 (ISON) . [25] [26]
Formación planetaria
Una imagen del disco protoplanetario que rodea a HL Tauri (una estrella T Tauri muy joven [27] en la constelación de Tauro ) se hizo pública en 2014, mostrando una serie de anillos brillantes concéntricos separados por espacios, lo que indica la formación de protoplanetas. A partir de 2014[actualizar], la mayoría de las teorías no esperaban formación planetaria en un sistema tan joven (100.000-1.000.000 años de antigüedad), por lo que los nuevos datos estimularon teorías renovadas sobre el desarrollo protoplanetario. Una teoría sugiere que la tasa de acreción más rápida podría deberse al complejo campo magnético del disco protoplanetario. [28]
Telescopio del horizonte de sucesos
ALMA participó en el proyecto Event Horizon Telescope, que produjo la primera imagen directa de un agujero negro , publicada en 2019. [29]
Fosfina en la atmósfera de Venus
ALMA participó en la detección de fosfina , un biomarcador, en la atmósfera de Venus. Como ninguna fuente no biológica conocida de fosfina en Venus podría producir fosfina en las concentraciones detectadas, esto indicó la presencia de organismos biológicos en la atmósfera de Venus. [30] [31] Sin embargo, esta teoría ha sido revocada desde entonces, y ha habido un nuevo estudio que indica que no hay fosfina en la atmósfera de Venus. [32]
Colaboración global
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de Europa, América del Norte y Asia Oriental en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiada en Europa por el European Southern Observatory (ESO), en Norteamérica por la US National Science Foundation (NSF) en cooperación con el National Research Council of Canada (NRC) y el National Science Council of Taiwan (NSC) y en Asia Oriental por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán. La construcción y las operaciones de ALMA están dirigidas en nombre de Europa por ESO, en nombre de Norteamérica por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), que es administrado por Associated Universities, Inc (AUI) y en nombre de Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA. [33] Su director actual desde febrero de 2018 es Sean Dougherty . [34]
Centro regional de ALMA (ARC)
El centro regional de ALMA (ARC) ha sido diseñado como una interfaz entre las comunidades de usuarios de los principales contribuyentes del proyecto ALMA y la JAO. Las activaciones para operar el ARC también se han dividido en las tres regiones principales involucradas (Europa, América del Norte y Asia Oriental). El ARC europeo (dirigido por ESO ) se ha subdividido en nodos ARC [35] ubicados en toda Europa en Bonn-Bochum-Colonia, Bolonia, Ondřejov, Onsala , IRAM (Grenoble), Leiden y JBCA (Manchester).
El propósito principal del ARC es ayudar a la comunidad de usuarios con la preparación de propuestas de observación, asegurar que los programas de observación cumplan con sus objetivos científicos de manera eficiente, ejecutar una mesa de ayuda para presentar propuestas y programas de observación, entregar los datos a los investigadores principales, mantener el Archivo de datos de ALMA, asistencia con la calibración de datos y comentarios de los usuarios. [36]
Detalle del proyecto
- Al menos 50 antenas de 12 m de diámetro situado a una altura de 5000 m en Llano de Observatorio Chajnantor , mejoradas por un conjunto compacto de 4 x 12 m y 12 x 7 m antenas (en 2006, consorcio considerado la posibilidad de construir 50 o 64 de los de 12 millones. Después de un año difícil, la estrella de ALMA comienza a elevarse en el último momento alto y seco )
- Instrumento de formación de imágenes en todas las ventanas atmosféricas entre 350 μm y 10 mm
- Configuraciones de matriz desde aproximadamente 150 ma 14 km
- Resolución espacial de 10 milisegundos de arco (10 −7 radianes), 10 veces mejor que el Very Large Array (VLA) y 5 veces mejor que el Telescopio espacial Hubble , pero aún considerablemente más baja que la resolución alcanzada con interferómetros ópticos e infrarrojos .
- La capacidad de obtener imágenes de fuentes de minutos de arco a grados de ancho con una resolución de un segundo de arco
- Resolución de velocidad por debajo de 50 m / s
- Instrumento de imágenes más rápido y flexible que el Very Large Array
- El instrumento más grande y sensible del mundo en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas
- Sensibilidad de detección de fuente puntual 20 veces mejor que Very Large Array
- El sistema de reducción de datos será CASA (Common Astronomy Software Applications), que es un nuevo paquete de software basado en AIPS ++
Array compacto de Atacama
Atacama Compact Array, ACA, es un subconjunto de 16 antenas muy separadas que mejorarán en gran medida la capacidad de ALMA para estudiar objetos celestes con un gran tamaño angular, como nubes moleculares y galaxias cercanas. Las antenas que forman el Atacama Compact Array, cuatro antenas de 12 metros y doce antenas de 7 metros, fueron producidas y entregadas por Japón. En 2013, Atacama Compact Array recibió el nombre de Morita Array en honor al profesor Koh-ichiro Morita, miembro del equipo japonés ALMA y diseñador del ACA, quien falleció el 7 de mayo de 2012 en Santiago. [38]
Interrupción del trabajo
En agosto de 2013, los trabajadores del telescopio se declararon en huelga para exigir mejores salarios y condiciones laborales. Este es uno de los primeros ataques que afectan a un observatorio astronómico. El paro laboral se inició luego de que el observatorio no lograra llegar a un acuerdo con el sindicato de trabajadores. [39] [40] [41] [42] Después de 17 días, se llegó a un acuerdo que estipulaba horarios reducidos y una paga más alta por el trabajo realizado a gran altura. [43] [44]
En marzo de 2020, ALMA se cerró debido a la crisis del coronavirus COVID-19 . También retrasó el plazo de presentación de propuestas del ciclo 8 y suspendió las visitas públicas al sitio. [45]
Línea de tiempo del proyecto
| Fecha | Actividad |
|---|---|
| 1995 | Pruebas conjuntas en el sitio de ESO / NRAO / NAOJ con Chile. |
| Mayo de 1998 | Inicio de la fase 1 (diseño y desarrollo). |
| Junio de 1999 | Memorando de entendimiento europeo / estadounidense para diseño y desarrollo. |
| Febrero de 2003 | Acuerdo final europeo / norteamericano, con el 50% de la financiación de ESO y el 50% de la financiación compartida entre EE. UU. Y Canadá. |
| Abril de 2003 | La prueba del primer prototipo de antena comienza en el sitio de ALMA Test Facility (ATF) en Socorro, Nuevo México. |
| Noviembre de 2003 | Ceremonia de inauguración en el sitio de ALMA. |
| Septiembre de 2004 | Proyecto de acuerdo europeo, norteamericano y japonés, con Japón proporcionando nuevas extensiones a ALMA. |
| Octubre de 2004 | Apertura de la oficina conjunta de ALMA, Santiago, Chile. |
| Septiembre de 2005 | Taiwán se une al Proyecto ALMA a través de Japón. |
| Julio de 2006 | Europa, América del Norte y Japón modifican el acuerdo sobre ALMA mejorado. |
| Abril de 2007 | Llegada de la primera antena a Chile. |
| Febrero de 2008 | Llegada de los dos transportadores de ALMA a Chile. |
| Julio de 2008 | Primer movimiento de antena con un transportador. |
| Diciembre de 2008 | Aceptación de la primera antena de ALMA. |
| Mayo de 2009 | Primera interferometría con dos antenas en el Operations Support Facility (OSF). |
| Septiembre de 2009 | Primer traslado de una antena de ALMA a Chajnantor. |
| Noviembre de 2009 | Cierre de fase con tres antenas en Chajnantor. |
| 2010 | Convocatoria de propuestas de Early Science de riesgo compartido. |
| Septiembre de 2011 | Inicio del ciclo científico temprano 0. Dieciséis antenas de 12 m en el conjunto de 12 m. |
| Febrero de 2012 | Primer artículo publicado con datos de ALMA [47] |
| enero 2013 | Inicio del ciclo científico temprano 1. Treinta y dos antenas de 12 m en el conjunto de 12 m. |
| 13 de marzo de 2013 | Inauguración de ALMA. |
| 23 de septiembre de 2013 | La 66 y última antena llegó y fue aceptada. |
| Junio de 2014 | Inicio del ciclo científico temprano 2. Treinta y cuatro antenas de 12 m en el conjunto de 12 m, nueve antenas de 7 m en el conjunto de 7 my dos antenas de 12 m en el conjunto de TP. |
| Junio de 2018 | Artículo número 1000 de ALMA publicado [48] |
| Marzo de 2020 | ALMA cerró debido a la crisis del coronavirus COVID-19 |
Vídeos y galería
- Videos
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Recopilación de videos que muestran varios aspectos de ALMA.
La interpretación de este artista de la matriz de ALMA en la meseta de Chajnantor muestra cómo, como interferómetro, ALMA actúa como un solo telescopio con un diámetro tan grande como la distancia entre sus antenas individuales (representadas por el círculo azul).
Una charla sobre el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), a cargo de Leonardo Testi.
ESOcast 51: Video reportaje sobre el correlacionador de ALMA . (en HD)