El Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT), promovido por el Observatorio Europeo Austral (ESO), será el mayor de los telescopios ópticos del mundo. Compuesto por un espejo primario de 42 m de diámetro, con 906 caras hexagonales que forman un área captadora de luz de unos 1.200 m², y un espejo secundario de 6 m, constituye una clave en el futuro en la observación astronómica en la banda óptica e infrarroja desde Tierra.

Con estas dimensiones y su sistema de óptica adaptativa, el E-ELT superará en más de cien veces la sensibilidad de los mayores telescopios ópticos actuales y permitirá grandes avances en el conocimiento astrofísico, posibilitando estudios detallados de planetas extrasolares.

La fase de estudios de diseño incluye la elección del lugar donde se establecerá el telescopio. Entre los emplazamientos a considerar se encuentra el Observatorio Roque de los Muchachos (ORM) junto al Gran Telescopio de Canarias (GTC), con claras opciones por su experiencia y calidad del cielo. Otro posible emplazamiento se localiza en Chile, donde la ESO tiene tres observatorios en operación; el objetivo es decidir dónde se situará el E-ELT en menos de dos años. Se estima que los costes totales de diseño, construcción e inicio de operaciones del ELT estará en torno a los 1.000 millones de euros.

1. Estudios previos

Los primeros pasos hacia el estudio de un telescopio de Ø 50-100 m se iniciaron ya en 1996, con dos estudios conceptuales; el EURO-50, liderado por la Universidad de Lund (Suecia); y el 100-m OWL^[1], promovido directamente por ESO. El reto tecnológico que un telescopio de estas características supondría no pasó desapercibido para nadie, en particular: la producción en serie de los espejos, actuadores y sensores; aspectos mecánicos por sus gigantescas dimensiones; y claramente en óptica adaptativa e instrumentación asociada.

En 2004 ESO decide proceder al estudio de diseño para un gran telescopio, parcialmente financiado bajo el Sexto Programa Marco de la Comisión Europea. Existen proyectos similares en los que se están llevando a cabo estudios paralelos, particularmente en Norteamérica (TMT), y para evitar duplicaciones se coordinan las actividades con objeto de avanzar en el conocimiento y dominio de tecnologías asociadas a los telescopios extremadamente grandes.

La revisión de especificaciones del OWL a finales de 2005 por un panel internacional concluyó que, por su grado de complejidad, alto coste y tiempo de desarrollo requerido no era recomendable continuar con el diseño de un telescopio de dimensiones gigantescas. La extensión de los estudios se orientó entonces hacia un telescopio en el rango más factible de 30-50 m.

A finales de 2006 la organización ESO, con la incorporación reciente de España, aprueba los estudios de detalle, con un presupuesto de 57 Meuros. Estos estudios tienen como objeto comenzar, a su finalización, la construcción de un telescopio en el rango óptico/infrarrojo con un diámetro de alrededor de 40 m. El diseño elegido se basa en un concepto totalmente innovador y especialmente desarrollado para un telescopio de esta clase.

Los objetivos científicos son ambiciosos, enfocados principalmente en la investigación profunda de tres amplios dominios:

• La búsqueda y caracterización de los exoplanetas y sistemas proto-planetarios.
• Estudio sobre la formación y evolución de la estructura a gran escala del universo desde las primeras luces hasta el presente.
• Pruebas empíricas de las fronteras de la física (gravedad fuerte, variaciones de las constantes fundamentales, estructura del espacio-tiempo, etc.).

Por otro lado se contemplan las sinergias y complementariedades que afectan a:

• La elección del lugar y su evolución a medio y largo plazo.
• La complementariedad con otros desarrollos europeos:
  • Gran Telescopio de Canarias, GTC (espectro óptico/infrarrojo próximo y medio).
  • Futuro telescopio espacial, JWST (infrarrojo próximo y medio).
  • Gran observatorio radioastronómico del desierto de Atacama ALMA (ondas milimétricas-submilimétricas).
• Resoluciones espaciales de 10 -100 miliseg/arco.

También se ha estudiado el desarrollo del TMT^[2] (30 m ). En comparación, el telescopio de 42 m mejora el espacio potencial a explorar en el futuro con capacidades únicas en diversas áreas de la ciencia, principalmente los planetas exo-solares y poblaciones estelares. Por ej., el ELT podrá observar tres veces más estrellas en la búsqueda de exoplanetas. A este respecto, la velocidad relativa de un telescopio de 42 m es cuatro veces mayor que la de uno de 30 m para estos casos, sin posibilidad de aumentar el tamaño con posterioridad.

Requerimientos científicos

A partir de diversos documentos se han compilado los requisitos en las que se incluyen distintas oportunidades científicas de observación, como el Sistema Solar, los Planetas extrasolares (terrestres y gigantes), resolución de galaxias en estrellas, estudio de anomalías en un modelo galáctico (el núcleo, demografía de agujeros negros, fuentes de radiación IR cercano, galaxias cercanas), formación y evolución de las galaxias.

Figura 1: Modelo 3D del ELT

Figura 2: Urano y sus lunas

Dos características directamente relacionadas con el tamaño del telescopio son la sensibilidad (proporcional al área colectora) y su resolución espacial (proporcional al diámetro del telescopio). La mayor parte de las observaciones de fuentes débiles (exoplanetas, poblaciones, de estrellas, agujero negros etc.) requiere aun aumento significativo de ambos parámetros respecto a lo que existe actualmente.

En la siguiente tabla se resumen los requerimientos más importantes de diseño del ELT.

2. Estudio de diseño (DS)

La fase de Estudio de Diseño comenzó en 2004 y está en periodo de evaluación. Tiene como meta el estudio de las tecnologías necesarias para construir el ELT en el horizonte 2015, con un coste y según un programa determinado, y promoviendo la participación industrial y científica.

El programa de desarrollo cubre los aspectos tecnológicos y de diseño relevantes para la viabilidad de telescopios gigantes. El desarrollo tiene en cuenta los estudios existentes basados en la experiencia académica e industrial en diversos campos, y se coordinan los recursos de las comunidades científicas e industriales para la materialización de los conceptos, preparación de los componentes esenciales y los subsistemas.

Las actividades a realizar en el DS se han agrupado en paquetes de trabajo con un responsable para cada uno de ellos. Los trabajos más relevantes incluyen el desarrollo de las siguientes tecnologías y conceptos:

• Optica adaptativa avanzada: algoritmos de control, experimentación con sensores de frente de onda y viabilidad de grandes espejos deformables.
• Control del frente de onda: sistema de metrología para alineamiento de la óptica y desarrollo/ prueba de sensores y actuadores de posición de los segmentos.
• Fabricación óptica: desarrollo y prueba de materiales avanzados y procesos para la producción serie de los espejos segmentados.
• Mecánica: elementos estructurales y desarrollo de sistemas mecánicos de bajo coste para el movimiento del telescopio.
• Caracterización del emplazamiento: medidas del sitio y evaluación de las prestaciones de una estructura segmentada expuesta al viento en un observatorio representativo.

Las actividades de mayor coste, unos 5 M€ o más cada una, incluyen los de la óptica adaptativa, control del frente de onda y materiales de fabricación óptica.

En cuanto a la evaluación del sitio, la ESO estableció un grupo de trabajo con objeto de identificar y examinar aquellos aspectos socio-políticos de especial relevancia para la ubicación del E-ELT y su propia organización. El trabajo de este grupo culminó con un informe, a finales de 2006, que destaca la importancia de seleccionar la adecuada ubicación para el E-ELT basándose no solo en aspectos de caracterización atmosférica y sismológica del lugar. Se tienen en cuenta además otros aspectos como: sistema de comunicaciones avanzadas; infraestructura adecuada y garantía de conexiones para el transporte de personas y mercancías; coste de vida, estabilidad en los suministros; una comunidad científica y tecnológica local fuerte y desarrollada; etc.

La Referencia Básica de Diseño presentada en 2007 para la siguiente fase, es un compromiso entre objetivos ambiciosos y tiempo disponible. Aquí se establece que el espejo primario debe ser del orden de 40m, sin espejos esféricos, construido con una óptica adaptativa y un campo de visión de al menos cinco minutos de arco de diámetro. El telescopio ha de proporcionar múltiples plataformas de observación estables mientras se mantiene una relación focal favorable a la instrumentación asociada.

En Mayo de 2007 se envió una nueva propuesta de financiación bajo el Séptimo Programa Marco (FP7) para la fase preparatoria de construcción de esta gran instalación. La propuesta fue evaluada favorablemente por la CE y se encuentra en fase de negociación con una financiación de 5 Meuros.

3. Participación en el proyecto. Contribución española en la fase DS

En el proyecto E-ELT participan instituciones académicas y empresas europeas. El acuerdo de adhesión a la ESO ha facilitado la inclusión española en el proyecto.

La experiencia y el know-how adquiridos por el Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) junto con las empresas nacionales para desarrollar el Gran Telescopio Canarias han servido de referencia de cara al diseño y desarrollo del ELT, pues los trabajos de diseño, construcción e instalación del GTC fueron en gran parte responsabilidad de organismos y empresas españolas.

La participación española más importante en el proyecto E-ELT incluye los estudios y prototipos del control del frente de onda: metrología (sistema de alineamiento y actuadores de posición), coronografía, experimento de fase activa, evaluación del viento, etc. El objetivo es comparar las características de tres tipos de sensores de frentes de onda, probar el control de la óptica activa y diseño y prueba del software de control.

Además de las actividades científicas de investigación propias de la comunidad académica y astronómica española existen otras actividades científico-técnicas en las que participan con ventaja. De esta forma intervienen organismos científicos (IAC, CSIC, CIMNE, GRANTECAN) en diversos estudios que incluyen:

• Desarrollo de conceptos y validación de tecnologías aplicadas a telescopios gigantes.
• Definición de nuevos instrumentos.
• Pruebas de viabilidad de actuadores.
• Desarrollo de software científico.
• Realización de campañas a largo plazo para la caracterización de las propiedades de la turbulencia atmosférica en los sitios de mayor calidad de cielo, candidatos para la construcción del telescopio.

Las empresas españolas contribuyen en diferente grado a las tareas de desarrollo y prueba de sistemas para el control de calidad óptica en telescopios segmentados, evaluación de las prestaciones de una estructura segmentada expuesta a viento en un observatorio, estudio de materiales para reducir el peso de la estructura y aumentar su rigidez, diseño de cúpulas y análisis del efecto del viento sobre las mismas. Entre las empresas de alta tecnología que participan en la fase de diseño preliminar se encuentra IDOM (diseño y cimentación de cubierta) CESA y MEDIA Consultores (estudio de estructura soporte del espejo), NTE (maqueta y estudio de diseño de la unidad de corrección de estabilización de campo) y JUPASA (transformados metálicos).

4. Conclusiones

Para el diseño del ELT se han tenido en mente unas determinadas observaciones. Sin embargo, y como indica el documento de requisitos (Science Cases and Requirements), con frecuencia la ciencia más interesante es la que no se espera, y construir un telescopio para unos casos específicos puede no ser la mejor opción.

Si bien está claro que la calidad y protección del cielo para la observación astronómica es esencial de cara a obtener el máximo aprovechamiento de la inversión en este proyecto, éste no es el único parámetro a tener en cuenta. Existen otros aspectos determinantes de índole política, social y económica, y al respecto el Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM), en la Isla de La Palma, reúne unas cualidades excepcionales para la astrofísica observacional, con las infraestructuras básicas y avanzadas que precisa un proyecto de estas dimensiones, una comunidad astrofísica y tecnológica de prestigio, y un tejido empresarial nacional con experiencia destacable en telescopios de espejo segmentado. Este proyecto significaría para Canarias la mayor iniciativa de innovación tecnológica, con un importante efecto de arrastre sobre la economía y tejido empresarial regional (crecimiento industrial, promoción del empleo, educación, servicios básicos, etc.).

El diseño, desarrollo y posterior construcción del ELT supone todo un desafío para la industria. Algunas de las tecnologías empleadas para la construcción del GTC se usarán en el E-ELT de cuarenta metros, lo que confirma que en España se dispone de empresas e industrias que han adquirido experiencia muy competitiva en tecnologías clave en el plano internacional. La elección de un diámetro de 42m dotará a la organización europea del mejor telescopio del mundo.

Bibliografía

Hook I., Dalton G., Gilmozzi R., 2007, Scientific Requirements for a European ELT, ELT Design Study. Disponible en www.eso.org/sci/facilities/eelt/elt-ds/

Hook, I. M. (ed.), 2005, The Science Case for the European Extremely Large Telescope: The next step in mankind's quest for the Universe, Disponible en www.eso.org/sci/facilities/eelt/science/doc/

Breve historia del E-ELT: www.eso.org/sci/facilities/eelt/history.html

Descripción del TMT: www.tmt.org/observatory/telescope.html

notas:

[1] OWL. Acrónimo inglés de Telescopio Gigante.

[2] El TMT (Thirty Meter Telescope), proyecto en desarrollo conjunto por un consorcio EEUU-Canadá.