UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO RADIOTELESCOPIO COMO INSTRUMENTO ELECTRONICO EN LA INVESTIGACION DE LA RADIOASTRONOMIA RADIOTELESCOPE AS ELECTRONIC INSTRUMENT IN THE RESEARCH OF RADIOASTRONOMY Edwin Alfaro, Andy Gutierrez Universidad Nacional de Trujillo, Trujillo, Perú. Escuela Profesional de Física, Universidad Nacional de Trujillo. Av. Juan Pablo II s/n – Ciudad Universitaria, Trujillo, Perú. CORREO: [email protected] / [email protected] I.-INTRODUCCION En el estudio de la astronomia desde sus inicios los hombres de ciencia usaron los conocidos telescopios, los cuales mediantes lentes opticos permiten la observacion de astros relativamente cerca, tales como los planetas del sistema solar y sus respectivos satelites. Para un estudio mas avanzado y de mayor precision en la observacion de estos astros y eventos tales como las super novas, agujeros negros, formacion de una estrella y mas estan los radiotelescopio los cuales mediantes ondas de radio que son prosesadas en grandes observatorios captan imágenes de estos eventos fisicos. FIGURA 1: Radiotelescopio Astronomico. II.-EL RADIOTELESCOPIO Los radiotelescopios suelen utilizar grandes antenas parabólicas (discos) o un conjunto de paraboloides para capturar las ondas de radio emitidas por fuentes de energía inalámbricas, a diferencia de los telescopios ordinarios, que capturan imágenes bajo luz visible. El primer radiotelescopio fue una antena de 9 metros construida por Grote Reber en 1937, que fue construida en su patio trasero. A principios de la década de 1950, los interferómetros de Cambridge analizaron el cielo y obtuvieron los famosos diagramas de potencia inalámbricos 2C y 3C. A fines de la década de 1950, el radiotelescopio de antena única más grande del mundo era el telescopio de 76 metros (cita requerida) del Observatorio Jodrell de la Universidad de Manchester, que se puso en uso a fines de 1957. Este es el último de muchos radiotelescopios construidos a mediados del siglo XX y ha sido reemplazado por telescopios y conjuntos de telescopios más modernos. 2 de enero del 2021 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FIFURA 2: Primer radiotelescopio de Reber FUENTE: https://www.astromia.com/fotohistoria/telescopioreber.ht m. III.- RADIOTELESCOPIO MAS IMPORTANTES RADIOTELESCOPIO ATACAMA LARGE MILIMETER ARRAY (ALMA): •64 antenas de 12 m •5000 m de altura en Chile •Hasta 10 mili arcosegundos •Muy sensible FIFURA 3: ALMA mayor observatorio del mundo FUENTE:https://www.xlsemanal.com/conocer/ciencia/20180112/alma-mayorobservatorioastronomico-del-mundo.html. 2 de enero del 2021 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INSTITUTO DE RADIO ASTRONOMÍA MILIMÉTRICA (IRAM): •Antena de 30 m en Sierra Nevada (2900m) • Otras 6 de 15m en Plateau de Bure (2552m), Alpes franceses. FIFURA 4: Radiotelescopio IRAM. FUENTE: https://www.astromia.com/fotohistoria/radiomili.htm. IV.- FUNCIONAMIENTO Funcionalmente, casi no hay diferencia entre un radiotelescopio y un telescopio óptico. Ambos tratan de recolectar energía de fuentes cósmicas, que generalmente se vuelven muy débiles debido a la distancia, y luego convertirlas en señales importantes para permitir el análisis, la interpretación, etc. Se emite una gran cantidad de radiación (independientemente de si está en el rango de onda visible o de onda de radio), y el flujo de energía se distribuye en la superficie de una esfera cuyo radio es la distancia que nos separa de ella. Por tanto, la radiación que podemos captar es solo una pequeña parte de la superficie de la esfera, y también se verá afectada por la distancia, que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. FIFURA 5: Partes de un Radiotelescopio. 2 de enero del 2021 3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO La antena recoge la energía de las ondas de radio cósmicas con un cierto estado de polarización y transmite la energía al receptor a través de una línea de transmisión adecuada. La impedancia de la antena, la línea de transmisión y la entrada del receptor deben coincidir adecuadamente para minimizar las pérdidas. La antena producirá un cierto filtrado de frecuencia (dependiendo de la precisión y el tamaño de la superficie, como se mencionó anteriormente), pero generalmente el receptor determina el ancho de banda espectral del radiotelescopio. Por otro lado, las antenas son sensibles a la radiación polarizada (generalmente elíptica; en la mayoría de los casos, casi lineal), por lo que si la radiación no está polarizada, la antena capturará la mitad del flujo de energía incidente. En el receptor, la oscilación electromagnética se filtra, se amplifica en varios órdenes de magnitud y finalmente se mide en su salida. La mediciones de la potencia radio-cósmica se efectúan generalmente comparando la potencia observada con la potencia conocida de un generador de ruido de calibración. FIFURA 6: Registro de datos. Preamplificador : Un preamplificador (preamp) es un dispositivo electrónico que convierte una señal eléctrica débil en una señal de salida lo suficientemente fuerte como para ser tolerante al ruido y lo suficientemente fuerte para enviarla a un analizador de señales o espectros. FIFURA 7: Preamplificador. Fuente: https://ditecnomakers.com/preamplificador-con-amplificadoresoperacionales/ 2 de enero del 2021 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Amplificador de señal: Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. En el caso de las ondas de radio el circuito electronico es similar a diferencia que se usa la clase C. FIFURA 8: Amplificador. Fuente: http://tutorialesdeelectronicabasica.blogspot.com/2018/06/clasesdeamplificador-y-la.html Filtrado de señales : Un filtro eléctrico o filtro electrónico es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase. FIFURA 9: Idealizacion de la filtración de Señales. V. -AGUGERO NEGRO CON RADIOTELESCOPIO El Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto global de ocho radiotelescopios terrestres que opera en el marco de una colaboración internacional, fue diseñado para obtener imágenes de un agujero negro. El EHT reúne telescopios ubicados en distintas partes del globo para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra dotado de una sensibilidad y una capacidad de resolución sin precedentes 3. El EHT es el resultado de años de colaboración internacional, y brinda a los científicos una nueva manera de estudiar los objetos más extremos del Universo, predichos por la relatividad general de Einstein, durante el centenario del experimento histórico que confirmó la teoría por primera vez. 2 de enero del 2021 5 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FIFURA 10: Primer imagen real de un agugero negro Fuente: Astrónomos obtienen primera imagen de un agujero negro | ALMA (almaobservatory.org) VI.-CONCLUSIONES Con lo visto hasta el momento, (bajo poder de resolución, estructuras grandes y complejas, electrónica adicional complicada ... y finalmente ruidos en un altavoz o gráficos -como el de la figura inferior- bien distintos a las imágenes de los telescopios ópticos), puede parecer que la RadioAstronomía sea un capricho científico-tecnológico poco interesante, pero nada más lejos de la verdad. No puede resultar indiferente observar el Universo en un rango del espectro electromagnético distinto a la estrecha ventana del visible. Gracias a la RadioAstronomía se tiene constancia de la radiación cósmica de fondo, que fundamenta empíricamente el modelo cosmológico del Big Bang, o se conocen los brazos espirales de la Vía Láctea mediante la observación de la radiación de 21 cm del hidrógeno, o los quasars y los púlsares. Al no ser bloqueadas por el polvo interestelar, las ondas de radio permiten observar la región central de nuestra galaxia, algo prohibido para la observación óptica. Se puede penetrar en los secretos de las grandes y frías nubes moleculares, invisibles en el óptico, y confirmar la presencia de numerosas moléculas orgánicas que, a tan baja temperatura, sólo emiten radiaciones milimétricas y centimétrica. 2 de enero del 2021 6