El proyecto LPI busca explorar nuevas fronteras en astronomía cuántica desde La Palma

El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en colaboración con el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), promueve el proyecto LPI (La Palma Interferometer), que tiene por objetivo realizar observaciones astronómicas con una resolución espacial mil veces superior a la de los telescopios espaciales Hubble y James Webb.

El proyecto LPI cuenta con la colaboración de diversos centros de investigación e instituciones de España, Italia, los países nórdicos y México, que trabajan conjuntamente para consolidar una instalación científica de referencia en el ámbito internacional.

La interferometría llegó hace décadas para revolucionar la Astronomía, superando las limitaciones de los telescopios individuales. Esta técnica combina las señales de múltiples antenas o telescopios, logrando resoluciones y sensibilidades que serían imposibles con un solo telescopio. Hasta ahora, este avance se ha aplicado principalmente en ondas de radio, con instalaciones como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array); y en el infrarrojo, con el VLTI (Very Large Telescope Interferometer) del Observatorio Europeo Austral, ubicado en el norte de Chile.

El proyecto LPI (La Palma Interferometer) propone un nuevo enfoque que busca combinar la luz de varios telescopios ópticos del Observatorio del Roque de los Muchachos, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), mediante una técnica llamada interferometría de intensidad. Esta metodología, a diferencia de otras formas de interferometría, permite estudiar correlaciones entre fotones en el espectro visible, abriendo nuevas posibilidades para la investigación astronómica. “Con la tecnología de detección de fotones individuales de última generación, desarrollada en España, y una sincronización de tiempo sin precedentes, el interferómetro de La Palma establece una nueva frontera en la astronomía, permitiéndonos explorar el universo como nunca antes, con una precisión incomparable a la de los instrumentos actuales”, explica el investigador principal del proyecto, Francisco Prada (IAA-CSIC).

El IAA-CSIC, además de promover el proyecto del nuevo interferómetro de La Palma, es también responsable del diseño óptico de las cámaras SPAD –dispositivos de detección de luz extremadamente sensible– así como del desarrollo del análisis de los datos, contribuyendo activamente a los objetivos científicos del proyecto. “Liderar el proyecto LPI posiciona a España a la vanguardia de la astronomía cuántica, con un futuro brillante que permitirá desarrollar tecnologías de última generación”, señala el profesor Francisco Prada (IAA-CSIC).

Misión y objetivos

El proyecto LPI realizará observaciones astronómicas utilizando interferometría de intensidad y sensores microchip-SPAD (Single-Photon Avalanche Diode) de última generación, desarrollados en el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE CSIC-US).

Asimismo, la electrónica de control de dichos sensores ha sido diseñada por la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Autónoma de Madrid (EPS-UAM). Gracias a esta innovadora tecnología, se podrá alcanzar una resolución espacial mil veces superior a la de los telescopios espaciales Hubble y James Webb, lo que facilitará el estudio de fenómenos astronómicos en condiciones extremas, como los discos de acreción de agujeros negros y eventos transitorios ultrarrápidos.

Además, se logrará una precisión temporal en el rango de los picosegundos –correspondiente a una billonésima de segundo–, un intervalo tan breve que la luz solo recorrería 0,3 milímetros en ese tiempo.

LPI negociará su instalación en el Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM), integrado en las Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) del Observatorio de Canarias, que forma parte del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y que está ubicado en el municipio de Garafía, en La Palma.

La subdirectora del IAC, Eva Villaver, confía en que “con el desarrollo tecnológico e instrumental que implicaría este proyecto localizado en el ORM, se contribuya a una mejor compresión del Universo desde una de las mejores localizaciones para hacer Astronomía en el planeta”. Además, valora la colaboración entre el IAA y el IAC que comparten objetivos y valores científicos en aras de impulsar el liderazgo de la Astrofísica española en el plano internacional.

Si se aprueba su instalación en el ORM, el proyecto LPI iniciará sus observaciones, en una primera fase, utilizando el TNG (Telescopio Nazionale Galileo), equipado con un espejo principal de 3,6 metros de diámetro, y el Telescopio Óptico Nórdico (NOT), cuyo espejo mide 2,5 metros. Además, ya se ha establecido contacto con la dirección del Gran Telescopio Canarias (GTC), que cuenta con un espejo de 10,4 metros, y se prevé iniciar conversaciones con el ING (Isaac Newton Group of Telescopes), también en La Palma, para ampliar la red de telescopios en fases posteriores.

Un desafío tecnológico

Gracias a los avances de los sensores SPAD de lectura ultrarrápida y a la red de telescopios ópticos en el Observatorio del Roque de los Muchachos, el proyecto LPI permitirá correlacionar señales en tiempos extremadamente cortos. Esto mejorará la sensibilidad de las observaciones y alcanzará resoluciones de 50 microsegundos de arco – unidad de medida angular extremadamente pequeña – comparables a las del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés), pero en el espectro visible. Para lograrlo, se necesitará una sincronización de tiempo a nivel de picosegundos, un desafío tecnológico que se beneficiará de la amplia experiencia del Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA), el ORM del IAC y RedIRIS, la red académica y de investigación española que proporciona servicios avanzados de comunicaciones a la comunidad científica y universitaria en España.

En la actualidad, el único interferómetro operativo en el espectro visible es CHARA, en el Monte Wilson, que combina la luz de seis telescopios de 1 metro con líneas de base –distancia entre dos telescopios dentro de una red de interferometría– de hasta 330 metros. En cambio, LPI, con su instalación en telescopios ópticos más grandes en el Observatorio del Roque de los Muchachos y una línea de base de 1,5 kilómetros, será capaz de observar objetos mucho más débiles, logrando una resolución cuatro veces mayor. Esto equivale al tamaño angular de una moneda de un euro vista desde 65.000 kilómetros, abriendo nuevas posibilidades para la observación del universo.

Reunión de lanzamiento del proyecto

Durante la reunión de presentación del proyecto, celebrada los días 7 y 8 de noviembre en el Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA) en San Fernando, Cádiz, se realizaron presentaciones enfocadas en diferentes aspectos científicos. Se discutieron temas clave como la sincronización de tiempo y el diseño de sensores microchip-SPAD, así como su electrónica de control. Además, se abordó el desarrollo de las cámaras SPAD y se discutieron las técnicas de estadísticas e inteligencia artificial necesarias para analizar los fotones que se observarán simultáneamente con la red de telescopios de LPI.

Las palabras de bienvenida fueron pronunciadas por Antonio Pazos, director del ROA; Ana Castro, vicepresidenta de Innovación y Transferencia del Conocimiento del CSIC; Antxon Alberdi, director del IAA-CSIC; y el profesor Francisco Prada del IAA-CSIC, investigador principal de LPI, quienes destacaron la relevancia científica y tecnológica del proyecto. En este encuentro también participó, de forma telemática, la subdirectora del IAC, Eva Villaver.

También estuvieron presentes en la reunión personal del Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA); del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC); del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC); del Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE CSIC-US); de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Autónoma de Madrid (EPS-UAM); de la red académica y de investigación española que proporciona servicios avanzados de comunicaciones a la comunidad científica y universitaria en España (RedIRIS); la Fundación Galileo Galilei del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAF, TNG); el Telescopio Óptico Nórdico (NOT); el Gran Telescopio Canarias (GTC); el Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Salamanca (USAL); el Departamento de Electrónica y Tecnología de Computadores de la Universidad de Granada (UGR); y el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).