Observatorio WM Keck

El Observatorio WM Keck es un observatorio astronómico con dos telescopios situado a 4145 metros (13 600  pies) de altitud cerca de la cima del Mauna Kea, en el estado estadounidense de Hawái. Ambos telescopios cuentan con espejos primarios de 10 metros (33 pies) de apertura y, cuando se completaron en 1993 (Keck I) y 1996 (Keck II), eran los telescopios reflectores ópticos más grandes del mundo. Desde 2006, han ocupado el tercer y cuarto lugar, respectivamente.  

Con un concepto propuesto por primera vez en 1977, los diseñadores de telescopios Terry Mast, de la Universidad de California, Berkeley , y Jerry Nelson del Laboratorio Lawrence Berkeley habían estado desarrollando la tecnología necesaria para construir un gran telescopio terrestre. ^{[ 1 ]} En 1985, Howard B. Keck de la Fundación WM Keck donó 70 millones de dólares para financiar la construcción del  telescopio Keck I, que comenzó en septiembre de 1985. La primera luz se produjo el 24 de noviembre de 1990, utilizando 9 de los 36 segmentos finales. Cuando la construcción del primer telescopio estaba muy avanzada, nuevas donaciones permitieron la construcción de un segundo telescopio a partir de 1991. El telescopio Keck  I comenzó las observaciones científicas en mayo de 1993, mientras que la primera luz del Keck II se produjo el 27 de abril de 1996.

El avance clave que permitió la construcción de los telescopios Keck fue el uso de óptica activa para operar segmentos de espejo más pequeños como un solo espejo continuo. Un espejo de tamaño similar fundido en una sola pieza de vidrio no podría ser lo suficientemente rígido como para mantener su forma con precisión; se combaría microscópicamente bajo su propio peso al girarlo a diferentes posiciones, causando aberraciones en la trayectoria óptica. En los telescopios Keck, cada espejo primario está hecho de 36 segmentos hexagonales que trabajan juntos como una unidad. Cada segmento tiene 1,8 metros de ancho y 7,5 centímetros de espesor y pesa media tonelada. ^{[ 2 ]} Los espejos fueron fabricados en Lexington, Massachusetts por Itek Optical Systems a partir de vitrocerámica Zerodur de la empresa alemana Schott AG . ^{[ 3 ] [ 4 ]} En el telescopio, cada segmento se mantiene estable mediante un sistema de óptica activa , que utiliza estructuras de soporte extremadamente rígidas en combinación con tres actuadores debajo de cada segmento. Durante la observación, el sistema de sensores y actuadores controlado por computadora ajusta dinámicamente la posición de cada segmento con respecto a sus vecinos, manteniendo una precisión de forma superficial de cuatro nanómetros . A medida que el telescopio se mueve, este ajuste, que se realiza dos veces por segundo, contrarresta los efectos de la gravedad y otros efectos ambientales y estructurales que pueden afectar la forma del espejo.

Cada telescopio Keck se asienta sobre una montura altazimutal . La mayoría de los telescopios actuales de 8 a 10 metros utilizan diseños altazimutales debido a sus menores requisitos estructurales en comparación con los diseños ecuatoriales más antiguos . La montura altazimutal proporciona la mayor resistencia y rigidez con la menor cantidad de acero, que, en el Observatorio Keck, asciende a unas 270  toneladas por telescopio, lo que eleva el peso total de cada telescopio a más de 300  toneladas. Dos diseños propuestos para la próxima generación  de telescopios de 30 y 40 metros utilizan la misma tecnología básica desarrollada en el Observatorio Keck: un conjunto de espejos hexagonales acoplado a una montura altazimutal.

Cada uno de los dos telescopios tiene un espejo primario con un diámetro equivalente de 10 metros (32,8  pies o 394  pulgadas), ligeramente menor que el del Gran Telescopio Canarias, cuyo espejo primario tiene un diámetro equivalente de 10,4 metros.

Los telescopios están equipados con un conjunto de cámaras y espectrómetros que permiten realizar observaciones en gran parte del espectro visible y del infrarrojo cercano.

El Observatorio Keck está gestionado por la Asociación de California para la Investigación en Astronomía, una organización sin ánimo de lucro 501(c)(3) cuyo consejo de administración incluye representantes del Instituto Tecnológico de California y de la Universidad de California . La construcción de los telescopios fue posible gracias a donaciones privadas de más de 140 millones de dólares de la Fundación WM Keck . La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) se unió a la colaboración en octubre de 1996, cuando el Keck  II comenzó sus observaciones.

El tiempo de observación con telescopio lo asignan las instituciones asociadas. El Instituto Tecnológico de California, el Sistema Universitario de Hawái y la Universidad de California aceptan propuestas de sus propios investigadores; la NASA acepta propuestas de investigadores radicados en los Estados Unidos.

Jerry Nelson , científico del proyecto del telescopio Keck, contribuyó a proyectos posteriores de espejos múltiples hasta su fallecimiento en junio de 2017. Concibió una de las innovaciones de los Keck: una superficie reflectante compuesta por múltiples segmentos delgados que actúan como un solo espejo. ^{[ 5 ]}

Conjunto de instrumentos actual:

MOSFIRE

MOSFIRE ( Espectrómetro Multiobjeto para Exploración Infrarroja ), ^{[ 6 ]} un instrumento de tercera generación, fue entregado al Observatorio Keck el 8 de febrero de 2012; la primera luz se obtuvo en el telescopio Kecks I el 4 de abril de 2012. Se trata de una cámara espectrográfica multiobjeto de campo amplio para el infrarrojo cercano (0,97 a 2,41 μm), cuya característica especial es su Unidad de Rendija Configurable (CSU) criogénica, que se puede reconfigurar por control remoto en menos de seis minutos sin ningún ciclo térmico. Unas barras se mueven desde cada lado para formar hasta 46 rendijas cortas. Cuando se retiran las barras, MOSFIRE se convierte en un generador de imágenes de campo amplio. Fue desarrollado por equipos de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), el Instituto Tecnológico de California (Caltech) y la Universidad de California, Santa Cruz (UCSC). Sus co-investigadores principales son Ian S. McLean (UCLA) y Charles C. Steidel (Caltech), y el proyecto fue dirigido por Sean Adkins, director del programa de instrumentación del WMKO. MOSFIRE fue financiado en parte por el Programa de Instrumentación del Sistema del Telescopio (TSIP), operado por AURA y financiado por la Fundación Nacional de Ciencias; y por una donación privada al WMKO de Gordon y Betty Moore. ^{[ 7 ]}

DEIMOS

El espectrógrafo multiobjeto de imágenes extragalácticas profundas (DEIMOS) es capaz de obtener espectros de 130 galaxias o más en una sola exposición. En el modo "Megamáscara", DEIMOS puede capturar espectros de más de 1200 objetos a la vez, utilizando un filtro especial de banda estrecha.

CONTRATACIONES

El espectrómetro Echelle de alta resolución , el más grande y mecánicamente complejo de los instrumentos principales del Observatorio Keck, descompone la luz incidente en sus colores componentes para medir la intensidad precisa de cada uno de los miles de canales de color. Sus capacidades espectrales han dado lugar a numerosos descubrimientos revolucionarios, como la detección de planetas fuera del Sistema Solar y evidencia directa de un modelo de la teoría del Big Bang . La precisión de la velocidad radial es de hasta un metro por segundo (1,0 m/s). ^{[ 8 ] El límite de} detección del instrumento a 1 UA es de 0,2 M _J. ^{[ 9} ]  

KCWI

El Keck Cosmic Web Imager ^{[ 10 ]} es un espectrógrafo de campo integral que originalmente operaba en longitudes de onda entre 350 y 560 nm . Más recientemente, se agregó el Keck Cosmic Reionization Mapper (KCRM), extendiendo la cobertura de longitud de onda larga de 560 a 1050 nm.

LRIS

El espectrógrafo de imágenes de baja resolución es un instrumento de baja luminosidad capaz de obtener espectros e imágenes de los objetos conocidos más distantes del universo. El instrumento está equipado con un brazo rojo y un brazo azul para explorar poblaciones estelares de galaxias distantes, núcleos galácticos activos , cúmulos galácticos y cuásares .

NIRC-2

La cámara de infrarrojo cercano de segunda generación funciona con el sistema de óptica adaptativa Keck para producir imágenes y espectroscopia terrestres de máxima resolución en el rango de 1 a 5 micrómetros (μm). Entre los programas típicos se incluyen el mapeo de las características superficiales de los cuerpos del Sistema Solar , la búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas y el análisis de la morfología de galaxias distantes.

NIRES

El espectrómetro Echellette de infrarrojo cercano es un espectrógrafo que proporciona una cobertura simultánea de longitudes de onda desde 0,94 hasta 2,45 micras .

NIRSPEC

El espectrómetro de infrarrojo cercano estudia las radiogalaxias de muy alto desplazamiento al rojo , los movimientos y tipos de estrellas ubicadas cerca del centro galáctico , la naturaleza de las enanas marrones , las regiones nucleares de las galaxias polvorientas con brotes de formación estelar, los núcleos galácticos activos, la química interestelar , la física estelar y la ciencia del sistema solar.

OSIRIS

El espectrógrafo de imágenes infrarrojas con supresión de OH (OSIRIS) es un espectrógrafo de infrarrojo cercano diseñado para usarse con el  sistema de óptica adaptativa del telescopio Keck I. OSIRIS captura espectros en un campo de visión reducido para generar una serie de imágenes en diferentes longitudes de onda. Este instrumento permite a los astrónomos ignorar las longitudes de onda en las que la atmósfera terrestre emite intensamente moléculas de OH ( hidroxilo ), lo que posibilita la detección de objetos diez veces más débiles que los detectados anteriormente. Originalmente instalado en el Keck II, en enero de 2012 OSIRIS fue trasladado al telescopio Keck I.

ESI

El espectrógrafo e imagenador Echellette ^{[ 11 ]} es un espectrógrafo de alta resolución para longitudes de onda ópticas, que también cuenta con capacidades de imagen.

KPF

El Keck Planet Finder ^{[ 12 ]} es el instrumento más nuevo del Keck, que logró su primera luz en 2022. Es un espectrógrafo extremadamente estable y de alta resolución diseñado para identificar exoplanetas mediante el método de velocidad radial .

Instrumentos anteriores:

NIRC

La cámara de infrarrojo cercano del telescopio Keck I es tan sensible que puede detectar el equivalente a la llama de una sola vela en la Luna . Esta sensibilidad la hace ideal para estudios ultraprofundos de la formación y evolución galáctica, la búsqueda de protogalaxias y la obtención de imágenes de entornos de cuásares. Ha proporcionado estudios pioneros del centro galáctico y también se utiliza para estudiar discos protoplanetarios y regiones de formación estelar de alta masa . La NIRC dejó de utilizarse para observaciones científicas en 2010.

LWS

El espectrómetro de onda larga (LWS) del telescopio Keck I es un espectrómetro de imagen y rejilla que opera en el rango de longitudes de onda de 3 a 25 micras. Al igual que el NIRC, el LWS era un instrumento CASS de avance y se utilizaba para estudiar objetos cometarios, planetarios y extragalácticos. Actualmente, el LWS ya no se utiliza para observaciones científicas.

Interferómetro Keck

El interferómetro permitió combinar la luz de ambos telescopios Keck en un interferómetro óptico de infrarrojo cercano con una línea de base de 85 metros (279 pies) . Esta larga línea de base le proporcionó al interferómetro una resolución angular efectiva de 5 miliarcosegundos (mas) a 2,2 μm y de 24 mas a 10 μm. Varios instrumentos de procesamiento posterior permitieron que el interferómetro operara en diversos modos, incluyendo las bandas H, K y L del infrarrojo cercano, así como la interferometría de anulación . A mediados de 2012, el interferómetro Keck dejó de funcionar por falta de financiación.    

Ambos telescopios del Observatorio Keck están equipados con óptica adaptativa con estrella guía láser , que compensa la distorsión causada por la turbulencia atmosférica . Este equipo es el primer sistema de óptica adaptativa operativo en un telescopio de gran tamaño y se ha actualizado constantemente para ampliar sus capacidades.

Izquierda : La cima de Mauna Kea se considera uno de los lugares de observación astronómica más importantes del mundo. Los telescopios gemelos Keck se encuentran entre los instrumentos ópticos/infrarrojos cercanos más grandes que se utilizan actualmente en todo el mundo. Centro : El cielo nocturno y el láser del Observatorio Keck para óptica adaptativa. Derecha : Observatorio WM Keck al atardecer.

• Barry Parker, Escalera a las estrellas: La historia del observatorio más grande del mundo , Plenum Press, Nueva York y Londres, 1994, ISBN 0-306-44763-0- Contiene abundante material sobre la construcción del Keck I.

• Observatorio WM Keck (sitio web oficial)
• Observatorios de Mauna Kea (sitio web oficial)
• Archivo del Observatorio Keck (KOA)
• Laboratorio Lawrence Berkeley, Revolución en el diseño de telescopios. Archivado el 22 de diciembre de 2017 en Wayback Machine .
• Fotografías de los telescopios Keck y otros observatorios de Mauna Kea, extraídas de "A Gentle Rain of Starlight: The Story of Astronomy on Mauna Kea" de Michael J. West. ISBN 0-931548-99-3.