El Campus de la UPC a Terrassa participa en la construcció del telescopi més gran del món

El Centre de Desenvolupament, Instrumentació i Sensors (CD6) de la UPC, amb seu al Campus de Terrassa, participa amb l’empresa IDOM en la construcció de l’Extremely Large Telescope (ELT), que serà el telescopi terrestre òptic i infraroig proper més gran del món. El CD6 treballa en concret en el disseny del sistema òptic que s'utilitzarà per calibrar el gran mirall principal, de 39 metres de diàmetre −el més gran dels que existeixen actualment− de l’Extremely Large Telescope (ELT), que s'està construint a més de 3.000 metres d’alçada, al cerro Armazones, al desert d'Atacama, a Xile. Aquest revolucionari telescopi de llum visible i infraroja serà l’ull més gran construït fins ara per observar el cel i obrirà el camí cap a una nova generació de telescopis òptics terrestres. Amb un disseny únic de cinc miralls, juntament amb tecnologia d'última generació per corregir les distorsions atmosfèriques, l’ELT proporcionarà imatges 15 vegades més nítides que les del telescopi espacial Hubble. Permetrà explorar profundament l'Univers amb un gran detall, la qual cosa comportarà un gran avenç en el coneixement astrofísic. Els telescopis extremadament grans són una de les màximes prioritats en l'astronomia terrestre a tot el món. El projecte de construcció de l’ELT va ser aprovat per l’European Southern Observatory (ESO) el 2012 i està destinat a revolucionar l’astronomia moderna. Un dels objectius del telescopi és detectar i estudiar planetes semblants a la Terra al voltant d'altres estrelles i podria convertir-se en el primer telescopi en trobar proves de vida fora del nostre sistema solar. L’ELT també investigarà els confins més llunyans del cosmos, revelant les propietats de les galàxies més primerenques i la naturalesa de l'univers fosc. Els cinc miralls del telescopi tindran diferents formes, mides i rols, dissenyats per funcionar de forma coordinada a la perfecció, un disseny òptic pioner que li permetrà revelar l'Univers amb un detall sense precedents. El mirall principal M1 contindrà milers de components altament sofisticats que permetran recollir la llum del cel nocturn i reflectir-la en el mirall secundari. El convex M2, el mirall secundari més gran que s'ha utilitzat mai en un telescopi, d'uns 4 metres de diàmetre, penjarà per sobre de l’M1 i reflectirà la llum cap a l’M3, que al seu torn la transmetrà a un mirall pla adaptatiu, l’M4, a sobre. Aquest quart mirall modificarà la forma de la seva superfície mil vegades per segon per corregir les distorsions provocades per la turbulència atmosfèrica, abans d'enviar la llum a l’M5, un mirall pla inclinable que estabilitzarà la imatge i l'enviarà als instruments ELT.

Capacitat per recollir molta més llum que l’ull humà

El mirall més espectacular des del punt de vista tecnològic és el principal, l’M1, en la construcció del qual treballen els investigadors del CD6 de la UPC. Es tracta d’un mirall còncau, de 39,3 metres de diàmetre i un radi de curvatura de 68,7 metres. En ser massa gran per estar fet d’una sola peça de vidre, el mirall principal es compon de segments hexagonals individuals, cada un d’uns cinc centímetres de gruix, prop d’1,5 metres de diàmetre i 250 kg de pes, separats entre si per una distància de 4 mm. En conjunt, l’estructura està formada per sis sectors compostos per 133 segments de diferent forma i funcions; en total, són 798 segments hexagonals que actuaran com un únic mirall i seran capaços de recollir desenes de milions de vegades més llum que l'ull humà. Aquests segments hexagonals han d’estar perfectament situats per reproduir la forma del mirall primari. La precisió en l’alineament d’aquests miralls al llarg de tota la superfície és de dos nanòmetres (un gruix 10.000 vegades més prim que un cabell humà) i l’objectiu és que aquests components treballin junts per formar un sistema d’imatge perfecte. Cada dia, dos d’aquests segments s’extrauran per ser netejats i per renovar-ne el recobriment, amb l’objectiu de garantir la màxima eficiència del telescopi. Per assegurar que els segments estiguin ubicats correctament, el telescopi compta amb gairebé 2.500 actuadors que permeten posicionar cada segment individual amb precisió nanomètrica. La tasca d’aquests actuadors és supervisada per dos sistemes: un interferòmetre òptic, anomenat Local Coherencer, i una xarxa d’aproximadament 9.000 sensors instal·lats en els segments. El disseny, la construcció i la validació del Local Coherencer, un instrument crític per al correcte funcionament de l’ELT, ha estat adjudicat a l’empresa IDOM, que n'està liderant el desenvolupament en col·laboració amb el CD6. La solució proposada per IDOM i el CD6, i aprovada per l’ESO, es basa en un concepte òptic original que és una variant de l’interferòmetre que el CD6 ja va crear per al Gran Telescopi de Canàries, ara fa 20 anys. Tal com explica l’investigador Santiago Royo, director del CD6 i coordinador del projecte per part de la UPC, “el repte és aconseguir que el mirall es mantingui en posició i en forma amb una precisió de desenes de nanòmetres al llarg dels seus 39 metres d’extensió a mesura que es van reemplaçant segments. A diferència d’altres telescopis amb miralls primaris segmentats, el Local Coherencer permetrà fer aquesta tasca de dia, maximitzant, així, el temps d’observació durant la nit. Un dels reptes d’aquest sistema és la llum ambient, que afegeix problemes d’il·luminació de fons a l’instrument”. L’estructura del telescopi −que el manté estable en totes les condicions, fins i tot amb vents forts i en cas de produir-se terratrèmols− està formada per una part horitzontal, o estructura azimut, que suporta el tub del telescopi, i una part vertical, o estructura d'altitud, de 50 metres d’alçada, que conté dues plataformes enormes que allotgen els cinc miralls i altres instruments científics. El mirall primari està recolzat a la part inferior d'aquesta estructura, i el mirall secundari penja molt per sobre de la part superior del tub del telescopi. Els altres tres miralls es troben a la torre central del tub del telescopi, de 10 metres, situada al centre de l'estructura de suport del mirall principal.

Cúpula gegant

El telescopi i la seva estructura interior estan protegits de l’entorn extrem del desert d’Atacama a través d’una cúpula gegant de 80 metres d’alçada i 88 metres de diàmetre, una dimensió equivalent a la d’un camp de futbol. La part superior de la cúpula girarà per permetre que el telescopi apunti en qualsevol direcció a través de la seva gran ranura d'observació. Quan estigui totalment equipat amb l'òptica i els instruments científics, es calcula que el telescopi arribarà a pesar unes 3.700 tones. Es preveu que l'ELT faci les primeres observacions científiques el setembre del 2027, aproximadament mig any després d'una primera ‘llum tècnica’ del telescopi.