Los instrumentos del telescopio del SDSS – Almacenando la información.

El trabajo de cualquier telescopio es recolectar y enfocar luz. Si buscas una buena analogía, trata de pensar en un telescopio como un embudo de luz. Un embudo recoge líquido sobre un área grande y la enfoca en una apertura mucho más pequeña. Una gran herramienta, por supuesto, pero como puedes imaginar, un embudo no serviría de mucho si no almacenas el líquido al otro lado. El mismo principio es aplicable a un telescopio; tenemos que capturar toda la luz que recoge, enfoca y dirige hacia la parte trasera del telescopio.
Para la mayoría de telescopios pequeños, tu ojo es el detector, pero si tu meta es tener la información del cartografiado disponible para que la utilicen muchos científicos, entonces, necesitas guardar esa información. En el caso del telescopio del SDSS, los dos instrumentos que se pueden usar para grabar la luz son la cámara CCD y los espectrógrafos. Estos instrumentos usan la misma luz pero pero la guardan de distinta forma.
La cámara CCD
Las cámaras digitales están diseñadas para capturar imágenes. La superficie colectora de la cámara se denomina dispositivo de acoplamiento de carga (charged coupled device o CCD por sus siglas en Inglés). El CCD es una red de pequeños “cubos de luz” llamados pixeles. La energía de la luz impactando en la superficie produce el movimiento de electrones que son amplificados, recogidos y contados. La cantidad de carga producida por la luz que golpea cada pixel se almacena en una red de números. Cuando estos números se lee en orden, una computadora puede reconstruir las imágenes digitales de la captura de luz.

Imagen: ¡Guau! Todo esto es la parte de atrás del telescopio SDSS. Aquí está la cámara.

La cámara del SDSS no tiene un CCD, sino que dispone de 30 de ellos ordenados en 6 columnas con 5 chips en cada una. Cada uno de estos 30 CCDs es varias veces más grande que los CCDS que encuentras en una cámara digital convencional y tiene una red de 2048 x 2048 pixeles. ¡Esos son 4,194,304 pixeles por CCD! Cada fila de CCDS se cubre con un filtro diferente que sólo permite pasar la luz de ciertas longitudes de onda. Compara un CCD de una cámara convencional (izquierda) con los 30 de la cámara de SDSS (centro y derecha).
A diferencia de una cámara convencional, ésta no captura una imagen estática. En cambio, el telescopio está fijado en una misma posición y, conforme la Tierra rota, el cielo se mueve sobre la cámara desde arriba hacia abajo. Los electrones liberados por la luz incidente se mueven a través de los CCDs a la misma velocidad a la que el cielo se desplaza sobre la cámara, así se asegura que la señal que se obtiene proviene siempre de los mismos objetos. Cuando un electrón en movimiento alcanza el borde de un CCD, se lee mediante amplificadores. La lectura se realiza de forma continua, lo cual nos da como resultado, observaciones y posteriormente imágenes de tiras largas y delgadas del cielo. Dado que los CCDs tienen espacios entre ellos, para crear una imagen completa, el telescopio debe moverse ligeramente y, para ello, se captura una imagen de una tira ligeramente desplazada. Dicho par de tiras se combina en una imagen única que no tiene espacios vacíos.

 

Los espectrógrafos

Un espectrógrafo es un dispositivo como un prisma que dispersa la luz descomponiéndola en diferentes colores y que mide cuánta luz emite un objeto a diferentes longitudes de onda. Esta información, denominada espectro, se puede usar para analizar la distancia, composición y edad de cada objeto celeste. Los espectrógrafos del SDSS tienen un diseño maravilloso que permite almacenar el espectro de 640 objetos diferentes en una sola toma. ¡Las últimas renovaciones en el sistema del espectrógrafo para el SDSS-III ha incrementado este número hasta 1,000!
Para cada ronda de observaciones, objetivos interesantes tales como galaxias, estrellas y cuásares (QSOs) se eligen cuidadosamente de las imágenes tomadas previamente por la cámara CCD. Los ingenieros del SDSS perforan 640 agujeros en una placa de aluminio de tal manera que estén alineados de manera precisa con la posición de los objetivos cuando la placa se coloca en el telescopio y se apunta al cielo. Un cable de fibra óptica se inserta en cada agujero y se conecta al espectrógrafo. Estos cables recogen la luz simultáneamente de 640 objetos y la envían a los dos espectrógrafos.
Cuando la luz de cada cable entra en el espectrógrafo, ésta se descompone en los distintos colores de manera similar a la que un prisma separa la luz visible en un arcoíris. El espectro resultante se almacena usando CCDs. Cada espectro se mide desde 3800 Angstroms (azul) a 9200 Angstroms (infrarrojo cercano) en CCDs de 2048 x 2048 pixels.
Las placas perforadas se colocan en el plano focal del telescopio, tal como la cámara CCD. En una buena noche, los astrónomos del SDSS usan de 6 a 9 placas obteniendo espectros para hasta 5,000 objetos.
Abajo puedes ver dos fotografías. Una muestra una placa fuera del espectrógrafo y dispuesta a contraluz para ver las posiciones de los agujeros. En la segunda imagen la placa se encuentra colocada horizontalmente sobre el espectrógrafo. Puedes ver la red de fibras ópticas que van desde la placa hasta una posición específica en el espectrógrafo. Aunque la placa parece grande, únicamente cubre un círculo en el cielo de 3 grados de diámetro. Esto es igual a la longitud de tu dedo índice y anular sostenidos a una distancia igual a la longitud de tu brazo.

Para más información sobre cómo funcionaba el espectrógrafo original, visita la página “Los espectrógrafos” en la web de SDSS. El espectrógrafo se actualizó en 2008 para un nuevo cartografiado. Puedes ver todos los detalles en el espectrógrafo de BOSS.
Si quieres conocer más sobre los productos de cada uno de estos instrumentos y cómo acceder a ellos en SkyServer, prueba Pre-vuelo Datos del SDSS.