Universo: la película
Daniel Martín Reina
Foto: Shutterstock
El Observatorio Vera C. Rubin
El 23 de junio de 2025 se inició una nueva era para la astronomía moderna. Fue cuando se publicaron las primeras imágenes del Observatorio Vera C. Rubin, ubicado en la región de Coquimbo, en el norte de Chile. Tras casi 30 años de planificación el observatorio abrió los ojos por primera vez para descubrir más de dos mil asteroides en el Sistema Solar, observar millones de estrellas en la Vía Láctea y millones de galaxias en todo el Universo. Lo más asombroso es que logró esta hazaña tras apenas diez horas de operaciones de prueba.
Estas imágenes no son más que un aperitivo de la ambiciosa misión científica que está comenzando. Durante los próximos diez años el observatorio escudriñará sin descanso el cielo nocturno, capturando hasta el más mínimo cambio con un propósito claro: ampliar nuestro conocimiento sobre el Universo y descifrar algunos de sus secretos mejor guardados, como la naturaleza de la materia y la energía oscuras.
La combinación perfecta
El Observatorio Vera C. Rubin está situado en la cima del Cerro Pachón, a 2 647 metros de altitud. Es un lugar con unas condiciones extraordinarias para la observación astronómica, pues se encuentra alejado de cualquier fuente de contaminación lumínica y rodeado por una atmósfera excepcionalmente estable y seca. Con 300 noches despejadas al año y precipitaciones mínimas —apenas 15 milímetros anuales— el lugar contrasta drásticamente con lugares como la Ciudad de México, donde caen 670 milímetros de lluvia al año.
Cerro Pachón está a sólo 100 kilómetros del desierto de Atacama, la región más árida del planeta después de la Antártida. Atacama es el emplazamiento de telescopios de vanguardia como el alma y el vlt, y no tiene rival en cuanto a la calidad de sus cielos. Pero como está a mucha altura construir y operar telescopios allí es un reto logístico, y puede haber problemas de salud (por la falta de oxígeno). El Observatorio Rubin buscó equilibrar las buenas condiciones para hacer astronomía y la facilidad para operar: Cerro Pachón está suficientemente lejos de la civilización para no padecer los problemas de la contaminación lumínica y suficientemente cerca para aprovechar su infraestructura y su gente. Otras localidades que contendieron por ser sede del Observatorio Rubin fueron la sierra de San Pedro Mártir, en Baja California, donde se encuentra el Observatorio Astronómico Nacional de México (ver “Tres instantes en la vida de un observatorio”, en ¿Cómo ves?, núm. 308) y la isla de La Palma, sede del Gran Telescopio de Canarias (ver “El Gran Telescopio de Canarias”, en ¿Cómo ves?, núm. 65).
Fotografía del Observatorio Vera C. Rubin en abril de 2025. Sobre el telescopio también se puede observar el cúmulo abierto M41.Foto: RubinObs/NOIRLab/slac/nsf/doe/aura/P. Horálek (Institute of Physics in Opava).
Aunque esté en Chile el observatorio es una colaboración entre la Fundación Nacional para la Ciencia y el Departamento de Energía, ambos de Estados Unidos. El nombre del observatorio rinde homenaje a Vera Cooper Rubin, pionera de la astronomía moderna que encontró en la década de 1970 las primeras evidencias inconfundibles de existencia de materia oscura: una misteriosa forma de materia que no emite ni refleja la luz, pero cuya influencia gravitatoria se manifiesta en los movimientos de las galaxias y los cúmulos de galaxias (ver “Vera Rubin. La mujer que iluminó el lado oscuro del Universo”, en ¿Cómo ves?, núm. 222).
Un torrente de datos
La impresionante cantidad de datos generada por el Observatorio Rubin tendría poco valor sin una capacidad de procesamiento y almacenamiento igual de impresionante. Cada vez que el telescopio toma una imagen los datos cruzan el continente americano hasta el Laboratorio Nacional de Aceleradores slac, en California, Estados Unidos. Allí se tratan y se comparan con imágenes previas y se generan alertas cuando se detecta algún cambio. Todo el proceso, desde la captura de la imagen hasta la activación de la alerta, ocurre en menos de 60 segundos.
La información procesada se almacena en centros de cómputo de todo el mundo accesibles a través de la nube. Así los científicos pueden aprovecharla casi en tiempo real, sin necesidad de potentes computadoras para tratar los datos en bruto ni de reservar tiempo de telescopio, como pasa tradicionalmente.
Fotografiar sin apuntar
El Observatorio Rubin está equipado con un telescopio de exploración diseñado para cubrir extensas regiones del cielo sin apuntar a ningún objeto en particular. Gracias a su amplísimo campo visual cada captura abarca un área equivalente a 45 lunas llenas, lo que requiere largas exposiciones de unos 15 segundos. A un ritmo de un millar de imágenes por noche puede barrer todo el cielo visible desde Cerro Pachón en menos de cuatro jornadas, para volver a empezar una y otra vez durante toda su vida operativa. Se estima que revisará cada sector del firmamento hasta mil veces, un factor clave para captar con precisión los cambios que se produzcan en el cielo.
Cada nueva imagen que capture se comparará —pixel a pixel— con la imagen de referencia de la zona, definida por los astrónomos a partir de los primeros sondeos celestes del aparato. El resultado será una nueva imagen que revelará exclusivamente los cambios ocurridos, ya sea el destello de una supernova, el rastro de un asteroide en movimiento o las fluctuaciones en el brillo de una estrella variable. En este juego de las diferencias cósmico se calcula que el Rubin detectará alrededor de diez millones de alteraciones cada noche.
La avalancha de información generada por el observatorio será histórica: producirá todos los días la asombrosa cantidad de 20 terabytes (20 mil gigabytes) de datos, el equivalente a ver nueve meses de videos en YouTube. Al final de la misión se habrán detectado un total de 38 mil millones de objetos celestes a partir de dos millones de imágenes: 20 mil millones de galaxias, 17 mil millones de estrellas, 10 millones de supernovas y seis millones de asteroides y cometas del Sistema Solar. Para entonces el Observatorio Rubin habrá acumulado 60 petabytes (60 millones de gigabytes) de datos, una cifra descomunal.
Telescopio de sondeo Simonyi dentro del Observatorio Vera C. Rubin. Foto: RubinObs/NOIRLab/slac/nsf/doe/aura/P. Horálek (Institute of Physics in Opava).
Único en su especie
Otra peculiaridad del Observatorio Rubin es el diseño de los espejos de su telescopio. Para empezar, su espejo principal, de 8.4 metros de diámetro y 16 toneladas de peso, es uno de los más grandes jamás construidos. Fue pulido poco a poco a lo largo de más de un año para conseguir una superficie lisa casi perfecta, con irregularidades de menos de 20 nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). Esto quiere decir que si el espejo fuera tan largo como la distancia entre Tijuana y Cancún la imperfección más grande no tendría más de un centímetro de alto.
El telescopio emplea tres espejos: el de 8.4 metros, que refleja la luz hacia otro de 3.4 metros situado encima, que a su vez envía la luz a un tercero de cinco metros de diámetro, concéntrico con el primer espejo (y fabricado de la misma pieza de vidrio). Estos malabarismos lumínicos tienen el propósito de eliminar los errores que ocurren con otro tipo de espejos o lentes, que se conocen como la “óptica” de un telescopio. Finalmente, un juego de lentes enfoca la luz hacia la cámara.
Al principio la óptica del Observatorio Rubin se había diseñado como un sistema de tres espejos separados. El principal inconveniente era que el telescopio resultaba mucho más largo, lo que aumentaba el efecto de las vibraciones y reducía la nitidez de las imágenes. Buscando un diseño más compacto los científicos fueron acercando los espejos primario y terciario hasta que se plantearon unirlos en una sola estructura. Así surgió este revolucionario espejo, único en su tipo.
Su tamaño compacto y su menor vibración tienen otra ventaja: facilitan que el telescopio cambie de posición y se prepare para la siguiente observación en un tiempo récord de cinco segundos (un telescopio convencional puede tardar entre 30 segundos y un par de minutos).
El pulso mismo de la máquina
Así llegamos a la cámara del telescopio, una proeza de la ingeniería de 3 200 megapixeles y formada por 189 sensores ccd (dispositivo de carga acoplada, por sus siglas en inglés), el componente clave que convierte la luz en señales eléctricas para capturar imágenes digitales. Tiene tanta resolución que para mostrar en tamaño real una imagen del Observatorio Vera Rubin harían falta 400 televisores de ultra alta definición. No sólo es la cámara astronómica más sensible que se ha construido jamás, sino la más grande: mide lo que un coche pequeño y pesa tres toneladas.
Ya sea en la cámara de un telescopio o la de un celular los sensores de imagen ccd miden la cantidad de luz que incide en cada pixel y generan una imagen en escala de grises: más brillante donde la intensidad lumínica es mayor y más oscura donde es menor. Pero el verdadero poder está en los filtros de color. Al colocar uno (por ejemplo, azul), el sensor sólo registra ese tono y elimina el resto. La imagen resultante revela dónde abunda o escasea la luz azul, con un mayor o menor brillo en la escala de grises. Y esto no se limita al espectro visible: los filtros pueden aislar intervalos como el infrarrojo o el ultravioleta, invisibles para el ojo humano.
Ésta es la cámara digital más grande jamás construida para astronomía. Fue fabricada por el Laboratorio Nacional de Aceleradores. Es del tamaño de un automóvil pequeño y pesa tres toneladas. Su lente frontal mide 1.50 metros de ancho y su sensor es de 3 200 megapixeles, que debe enfriarse a −100 °C para reducir el ruido. Foto: Jacqueline Ramseyer Orrell/Laboratorio Nacional de Aceleradores slac.
La cámara del Rubin emplea seis filtros de luz: ultravioleta, verde-azul, rojo y tres en el espectro infrarrojo. Cada uno es una obra maestra de precisión, formado por piezas de vidrio de 75 cm de diámetro recubiertas de capas de óxido de silicio y tantalio cientos de veces más delgadas que un cabello humano. Su función es crucial, pues los distintos filtros permiten analizar aspectos diferentes de un mismo objeto celeste, como la composición del polvo que lo rodea o los detalles de su estructura.
La amenaza de las megaconstelaciones
Cada noche el telescopio del Observatorio Rubin ejecuta un patrón de movimientos perfectamente orquestados, resultado de una planeación detallada de la zona del cielo, el instante y el filtro de color a usar en cada fotografía. Es un proceso complejo en el que hay que tener en cuenta también condiciones ambientales, como las fases de la Luna.
El mayor desafío está surgiendo con las llamadas megaconstelaciones de satélites, como la Starlink de SpaceX (ver “La constelación Starlink” en ¿Cómo ves?, núm. 258). Con más de 10 mil satélites activos, y muchos más por activarse en los próximos años, estas constelaciones suponen una amenaza para telescopios con tiempos de exposición largos, como el Vera Rubin. Se estima que hasta un tercio de las imágenes que se tomen al amanecer o al atardecer sufrirán los efectos del paso de algún satélite.
La solución no es sencilla. Aunque se interrumpa la operación del observatorio en momentos puntuales, el brillo de miles de satélites en el cielo ya dificulta su labor. SpaceX está intentando reducir el brillo de sus aparatos, sin avances significativos hasta la fecha.
El mejor legado
Todas estas tecnologías comparten un mismo propósito: dotar al Observatorio Rubin de una capacidad excepcional para detectar objetos tenues, ya sea por su extrema lejanía o por la poca luz que emiten o reflejan, como ocurre con los asteroides y cometas del Sistema Solar. A lo largo de décadas se han censado un millón de estos cuerpos, y se espera que en sólo dos años el observatorio supere esta cantidad. Esto no sólo ayudará a detectar posibles amenazas de impacto para nuestro planeta; también abrirá una ventana al pasado cósmico, pues los asteroides y los cometas son auténticas reliquias, vestigios de la formación del Sistema Solar hace 4 600 millones de años.
Más allá de nuestra vecindad planetaria, pero aún dentro de nuestra galaxia, el Observatorio estudiará la posición y el movimiento de miles de millones de estrellas en busca de las huellas de antiguas colisiones con otras galaxias. Estas colisiones dejaron su rastro en forma de corrientes de estrellas procedentes de la otra galaxia que todavía podemos ver. Gracias a estos datos los astrónomos esperan reconstruir la historia de la Vía Láctea, cuya formación empezó hace 13 600 millones de años, sólo 200 millones de años después del Big Bang.
Los fotones que vienen del espacio rebotan en los espejos y lentes del Observatorio Vera C. Rubin. Foto: RubinObs/NOIRLab/slac/nsf/doe/aura.
El observatorio también sondeará las galaxias a su alcance en busca de supernovas, violentas explosiones que marcan la muerte de algunas estrellas. Entre ellas, las supernovas de tipo Ia son especialmente valiosas, pues siempre alcanzan el mismo pico de luminosidad cuando explotan. Esto permite a los astrónomos comparar unas con otras y usarlas como “candelas estándar” (patrones de luminosidad fija) para determinar distancias relativas a nuestro planeta. Sin embargo, estos eventos son extremadamente raros: en nuestra galaxia sólo ocurre uno cada 500 años; el último se registró en 1572. Se espera que en cuestión de meses el Observatorio Rubin detecte más supernovas que todas las observadas en la historia de la astronomía. Esto ayudará a entender la aceleración de la expansión del Universo, impulsada por la enigmática energía oscura (ver “El ojo oscuro: desi”, en ¿Cómo ves?, núm. 304).
Por último, se espera que registre miles de millones de galaxias dispersas por el Universo. Estas galaxias no se distribuyen al azar por el espacio, sino que tejen una intrincada red cósmica cuya estructura a gran escala depende, en gran medida, de la materia oscura. Estudiar este entramado permitirá desentrañar las propiedades de esta esquiva forma de materia, que constituye más del 80% de la materia del Universo y cuya naturaleza es desconocida.
Vera Rubin falleció en 2016 sin haber recibido el Premio Nobel de Física, en gran parte porque aún no se han encontrado pruebas directas de la existencia de la materia oscura. Sería un hermoso homenaje a su legado que el observatorio que lleva su nombre al fin arroje luz sobre uno de los misterios más profundos del Cosmos.
Vera C. Rubin en el Observatorio Nacional de Kitt Peak en 1963. Foto: NOIRLab.
- Observatorio Vera C. Rubin, “Ritmo en las estrellas”, Rubin Observatory, 23 de junio de 2025, en: https://youtu.be/sLawdQuTIGY?si=j6YD6bTq6G-rraYZ.
- Observatorio Vera C. Rubin, Orbitviewer [aplicación para explorar el Sistema Solar], en: https://orbitviewer.app/en/.
Daniel Martín Reina es físico y colaborador habitual de ¿Cómo ves? Es miembro del grupo de Investigación de Instrumentación Electrónica y Aplicaciones de la Universidad de Sevilla, España.
