Por José Antonio Araiza Durán, investigador posdoctoral de MAS y Universidad Andrés Bello
Existe una gran cantidad de fuentes visibles en el cielo que emiten luz de forma variable con respecto al tiempo y el estudio de su variación forma parte de una valiosa herramienta que nos permite caracterizar la física de dicha fuente. El universo cercano es un laboratorio ideal para estudiar estos tránsitos dado que combina la alta resolución espacial con la posibilidad de descubrir estas fuentes transientes justo después de haber explotado y de monitorear el evento por un largo tiempo. Los actuales sistemas de monitoreo de campo amplio descubren en el cielo cientos de fuentes transientes por año. Sin embargo, dado a que los instrumentos de espectroscopía empleados por la comunidad astronómica tienen una alta demanda y no son de rápido acceso es que esto representa un limitante para el estudio de dichas fuentes. Por medio de una pronta respuesta con los instrumentos necesarios, dichas fuentes recién descubiertas podrían ser clasificadas y caracterizarlas de forma más precisa. En respuesta a esta necesidad, el Espectrógrafo Completamente Automatizado para Tránsitos (FAST, por sus siglas del inglés “Fully Automatic Spectrograph for Transient”) nos proveerá los espectros de los tránsitos en cuestión de minutos por medio de un sistema automatizado que no necesitaría intervención humana. Debido a la naturaleza de la ciencia que se realizará con el instrumento, FAST será un espectrógrafo de baja resolución con múltiples modos de poder resolutor (R~250 y R~1000 considerando 6500Å) que cubrirá un rango espectral que va desde los 3800Å a los 9200Å.
Después de ardua búsqueda de un telescopio robótico que hospede al espectrógrafo, se llegó a un acuerdo con el Director de la Red de Telescopios Robóticos Skynet, Dan Reichart, para usar el telescopio PROMPT-7. El telescopio es un F/7 de tipo Cassegrain, y utiliza una serie de lentes correctores con el fin de alcanzar un desempeño de calidad de imagen limitada por las condiciones de cielo a lo largo de 1.5 grados. Este es un telescopio robótico que tiene control automatizado por computadora vía remota, y la precisión del guiado alcanza 0.4 arc sec RMS en un lapso de 5 minutos. FAST estará conectado al telescopio por medio de un espejo terciario que desviará la luz 90 grados para formar una imagen en la entrada del espectrógrafo (vea la Figura 2). El espejo terciario es un espejo elíptico de 46mm x 33mm de diámetro, que con estas dimensiones alcanza a recibir un campo de visión de 11 x 11 arc min aproximadamente considerando un campo circular libre de viñeteo.
FAST es un instrumento completamente dióptrico que trabajará con múltiples modos de poder resolutor y con la capacidad de trabajar en modo imagen directa. Por el momento, FAST está considerando trabajar en modo espectroscopía con una sola rendija de 1.5 arc sec. El colimador producirá un haz paralelo de 15mm de diámetro el cual incidirá y cruzará por un filtro o un elemento dispersor de tipo grism (dependiendo de la modalidad de trabajo) y será enfocado en el detector conservando la misma escala de placa que el telescopio. Al conservar el mismo Número F del telescopio obtenemos un pixel que estaría correspondiendo a 0.5 arc sec de cielo, esto considerando un tamaño de pixel de 13 μm. La curva de eficiencia cuántica del detector indica que el rango espectral en que trabajaremos se encuentra por encima del 40% de eficiencia. En cuanto a los criterios de calidad de imagen en modo imagen directa, el 80% de la energía se encuentra concentrada en una círculo de 0.5 arc sec de diámetro, mientras que en los bordes del campo alcanza 0.9 arc sec aproximadamente. El desenfoque producido por los filtros y los grism al ser introducidos en el camino óptico se espera que sea despreciable.
Entre los principales retos del diseño del instrumento se encuentran al considerar los requisitos de la ciencia y la estructura del telescopio. Primero que nada, el espectrógrafo deberá entregar una rápida respuesta de la clasificación espectral de objetos transientes de baja luminosidad (m ~17) lo cual indica que el diseño óptico deberá priorizar el tener una alta eficiencia del instrumento. Segundo, el telescopio PROMPT-7 tiene un diámetro de apertura de 800mm con una montura de tenedor ecuatorial y por tanto un espacio muy limitado en donde se pueden colocar nuevos instrumentos. Con la finalidad de poder mantener la precisión del guiado y el desempeño óptimo del telescopio, es que se considerará el utilizar la solución más compacta y ligera. En resumen, el diseño óptico de FAST tiene que cumplir con el criterio de calidad óptico, tener una alta eficiencia en cuanto a la recolección de luz, y buscar una solución compacta y ligera.
El instrumento FAST es un proyecto liderado por Giuliano Pignata, investigador asociado MAS, y los científicos involucrados directamente en el grupo de trabajo son: José A. Araiza (Parte Óptica) y Anna Brucalassi (Parte Mecánica y de Ciencia). En adición, se tiene una colaboración con Andrea Bianco y Alessio Zanutta, miembros del Instituto Nazionale di Astrofisica – Breira (Italia), quienes fueron los encargados de diseñar y caracterizar los elementos dispersores bajo estudio que se utilizarán en FAST. Actualmente el proyecto acaba de pasar de la etapa de diseño a la etapa previa a la construcción, entre las actividades que se realizan en esta etapa son: análisis de tolerancia, dibujos finales, estudio de la expectativa de desempeño real, así como de conseguir las cotizaciones finales de los elementos que constituyen al instrumento. Durante el primer semestre del año 2019 se espera comenzar la construcción de instrumento con la intensión de que sea instalado en el segundo semestre. FAST permitirá a los investigadores del MAS obtener los primeros espectros de seguimiento de los tránsitos brillantes que se presenten de manera pronta y de esta forma maximizar el retorno científico de tales descubrimientos.
