Astronomía submilimétrica

La astronomía submilimétrica ( o astronomía submilimétrica ) es la rama de la astronomía observacional que se lleva a cabo en longitudes de onda submilimétricas (es decir, radiación de terahercios ) del espectro electromagnético . Los astrónomos sitúan la banda de ondas submilimétricas entre las bandas de ondas del infrarrojo lejano y las microondas , generalmente entre unos pocos cientos de micrómetros y un milímetro . En la astronomía submilimétrica, todavía es común expresar las longitudes de onda en «micras», el antiguo nombre del micrómetro.

Las observaciones submilimétricas pueden utilizarse para rastrear la emisión de gas y polvo, incluidas las líneas CI, CO y CII. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Las fuentes detrás de esta emisión incluyen nubes moleculares y núcleos de nubes oscuras , que pueden utilizarse para aclarar el proceso de formación estelar desde el colapso inicial hasta el nacimiento estelar , al determinar las abundancias químicas en las nubes oscuras y los mecanismos de enfriamiento para las moléculas que las componen . Otras fuentes incluyen discos protoplanetarios , galaxias de brote estelar polvorientas en el Universo temprano, entornos inmediatos que rodean a AGN y anisotropías secundarias en el fondo cósmico de microondas . ^{[ 1 ] [ 3 ]} Los astrónomos estiman que el polvo interestelar absorbe hasta la mitad de toda la radiación emitida por estrellas y galaxias, que se reemite en las bandas del infrarrojo lejano y submilimétricas, lo que hace que las observaciones submilimétricas sean clave para comprender el universo. ^{[ 4 ]} Hallazgos recientes han utilizado la astronomía submilimétrica para medir el efecto Sunyaev-Zeldovich en cúmulos de galaxias, demostrando la existencia de un medio intracúmulo caliente . ^{[ 5 ]}

Las observaciones submilimétricas se han utilizado para restringir modelos de formación y evolución planetaria, estelar y galáctica. ^{[ 1 ] [ 6 ]} Al estudiar elementos de primer plano del CMB y entornos alrededor de los SMBH , la astronomía submilimétrica también puede utilizarse para restringir modelos de gravedad cuántica e investigar el papel de las ondas gravitacionales y los neutrinos relativistas en el universo temprano. ^{[ 1 ] [ 7 ]} Cabe destacar que el Telescopio del Horizonte de Sucesos , que produjo la primera imagen de un agujero negro en 2020 utilizando observaciones de radio e infrarrojo lejano, también realiza observaciones VLBI dentro del régimen submilimétrico a 870 μm. ^{[ 8 ]}

Las limitaciones más significativas para la detección de emisiones astronómicas en longitudes de onda submilimétricas con observatorios terrestres son la emisión atmosférica, el ruido y la atenuación. Al igual que en el infrarrojo , la atmósfera submilimétrica está dominada por numerosas bandas de absorción de vapor de agua y solo a través de "ventanas" entre estas bandas es posible realizar observaciones. ^{[ 9 ] [ 10 ]} El sitio ideal para la observación submilimétrica es seco, fresco, tiene condiciones climáticas estables y está alejado de los centros urbanos. Solo se han identificado unos pocos sitios. Estos incluyen Mauna Kea ( Hawái , Estados Unidos), el Observatorio Llano de Chajnantor en la Meseta de Atacama ( Chile ), el Polo Sur y Hanle en India (el sitio himalayo del Observatorio Astronómico Indio ). Las comparaciones muestran que los cuatro sitios son excelentes para la astronomía submilimétrica, y de estos sitios Mauna Kea es el más consolidado y posiblemente el más accesible. Recientemente ha habido cierto interés en los sitios árticos de gran altitud, en particular en Summit Station en Groenlandia, donde la medición de PWV ( vapor de agua precipitable ) siempre es mejor que en Mauna Kea (sin embargo, la menor latitud de Mauna Kea, de 19 grados, significa que puede observar una mayor porción del cielo austral que Groenlandia). ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Las comparaciones satelitales han revelado que los niveles de PWV en Dome A y Dome C son los más consistentes y secos. Otros sitios chilenos de gran altitud pueden alcanzar resultados similares durante ciertas épocas del año. ^{[ 13 ]}

El sitio del Observatorio Llano de Chajnantor alberga el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), el telescopio submilimétrico más grande que opera en el hemisferio sur, y el proyecto astronómico terrestre más grande del mundo, el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), un interferómetro para observaciones en longitudes de onda submilimétricas compuesto por 54 radiotelescopios de 12 metros y 12 de 7 metros. Al norte de este sitio se encuentra Cerro Chajnantor, que albergará el CCAT-prime (FYST) de 6 metros, el primer telescopio de sondeo de campo amplio en el rango submilimétrico, como parte de la colaboración CCAT . La primera luz del FYST está programada para 2026. ^{[ 14 ]}

El Submillimeter Array (SMA) es otro interferómetro, ubicado en Mauna Kea, que consta de ocho radiotelescopios de 6 metros de diámetro. El telescopio submilimétrico más grande que existe, el Telescopio James Clerk Maxwell , también se encuentra en Mauna Kea.

Algunos telescopios submilimétricos también se utilizan para VLBI. ^{[ 15 ]}

Con globos y aeronaves de gran altitud , se puede alcanzar una mayor parte de la atmósfera. El Telescopio Submilimétrico de Gran Apertura Transportado por Globo (BLAST) y el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) son dos ejemplos, aunque SOFIA también puede realizar observaciones en el infrarrojo cercano. ^{[ 16 ]}

Las observaciones espaciales en longitudes de onda submilimétricas eliminan las limitaciones de absorción atmosférica propias de las observaciones terrestres. El primer telescopio submilimétrico en el espacio fue el soviético BST-1M, ubicado en el compartimento de equipos científicos de la estación orbital Salyut-6 . Estaba equipado con un espejo de 1,5 m de diámetro y fue diseñado para la investigación astrofísica en las regiones espectrales ultravioleta (0,2–0,36 micras), infrarroja (60–130 micras) y submilimétrica (300–1000 micras), lo que permitió a los grupos interesados ​​en las nubes moleculares en el espacio estudiarlas, así como obtener información sobre los procesos en la capa superior de la atmósfera terrestre .

El satélite de astronomía de ondas submilimétricas (SWAS) fue lanzado a la órbita terrestre baja el 5 de diciembre de 1998 como parte de las misiones del Programa de Exploradores Pequeños (SMEX) de la NASA . La misión de la nave espacial era realizar observaciones específicas de nubes moleculares gigantes y núcleos de nubes oscuras. El SWAS se centró en cinco líneas espectrales: agua (H₂O ₎ , agua isotópica (H₂¹⁸O _{) ,} monóxido de carbono isotópico ( ^¹³CO ), oxígeno molecular (O₂ ₎ y carbono neutro (Cl). Estas líneas espectrales se seleccionaron para responder preguntas sobre el enfriamiento de las nubes ^, los reservorios de oxígeno, las composiciones químicas y las propiedades físicas de las nubes moleculares observadas. ^{[ 18 ]}

El satélite SWAS fue reconvertido en junio de 2005 para brindar apoyo a la misión Deep Impact de la NASA . SWAS proporcionó datos sobre la producción de agua en el cometa hasta finales de agosto de 2005.

La Agencia Espacial Europea lanzó en 2009 una misión espacial conocida como el Observatorio Espacial Herschel (anteriormente llamado Telescopio de Infrarrojo Lejano y Submilimétrico o FIRST). Herschel desplegó el espejo más grande jamás lanzado al espacio (hasta diciembre de 2021, con el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb de infrarrojo cercano ) y estudió la radiación en las bandas de ondas infrarrojas lejanas y submilimétricas. En lugar de una órbita terrestre, Herschel entró en una órbita de Lissajous alrededor de _L2 , el segundo punto de Lagrange del sistema Tierra-Sol. L2 se encuentra aproximadamente a 1,5 millones de km de la Tierra, y la ubicación de Herschel allí redujo la interferencia de la radiación infrarroja y visible de la Tierra y el Sol _. La misión de Herschel se centró principalmente en los orígenes de las galaxias y la formación galáctica.

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• Categoría: Telescopios submilimétricos

• Página del Observatorio de Radio de Arizona sobre astronomía submilimétrica
• Página principal del Experimento Atacama Pathfinder (APEX)
• Página principal del Atacama Large Millimeter Array (ALMA)
• Página principal de SWAS
• Observatorio Espacial Herschel