Las nuevas fronteras en astronomía cuántica se exploran desde La Palma

El proyecto LPI (La Palma Interferometer) busca combinar la luz de varios telescopios ópticos del Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM) en La Palma, utilizando la técnica de interferometría de intensidad. Esta técnica emplea sensores de fotones de última generación y sincronización temporal a nivel de picosegundos, que incluye un reloj atómico y una red de fibra óptica para conectar los telescopios. LPI aspira así a consolidarse como una instalación de vanguardia, explorando la nueva frontera de la astronomía cuántica.

La reunión de lanzamiento del proyecto se celebró los días 7 y 8 de noviembre en el Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA) en San Fernando, Cádiz, con la participación de centros de investigación y universidades de España, Italia y los países nórdicos. Antonio Pazos (director del ROA), Ana Castro (vicepresidenta de Innovación y Transferencia del Conocimiento del CSIC), Antxon Alberdi (director del Instituto de Astrofísica de Andalucía, IAA-CSIC) y el profesor Francisco Prada (investigador principal de LPI) inauguraron la reunión, destacando la relevancia científica y tecnológica del proyecto.

Misión y objetivos del proyecto LPI

LPI realizará observaciones astronómicas mediante 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). La electrónica de control de alta velocidad de estos sensores está siendo diseñada y desarrollada en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Autónoma de Madrid (EPS-UAM). Estas observaciones permitirán alcanzar una resolución espacial mil veces superior a la de los telescopios espaciales Hubble y James Webb, facilitando el estudio de la materia en condiciones extremas, como los discos de acreción de agujeros negros y eventos transitorios ultrarrápidos, con una precisión de picosegundos.

El Observatorio del Roque de los Muchachos, integrado en la ICTS Observatorios de Canarias del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), será la plataforma para LPI, aprovechando su infraestructura de fibra óptica. En su primera fase, LPI utilizará los telescopios TNG de 3,6 m y NOT de 2,5 m. Además, se ha contactado con el director del GTC (de 10,4 m) y se iniciarán conversaciones con el ING para ampliar la red de telescopios en fases posteriores.

Participación en la Reunión de Lanzamiento

En esta primera reunión participaron investigadores y tecnólogos del ROA, IAA-CSIC, IAC, IMSE CSIC-US, EPS-UAM, la Fundación Galileo Galilei del INAF (TNG), el Nordical Optical Telescope (NOT), el Gran Telescopio Canarias (GTC), el Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Salamanca, y el Departamento de Electrónica y Tecnología de Computadores de la Universidad de Granada. Las presentaciones se centraron en aspectos científicos, la sincronización de tiempo, el diseño de sensores y  electrónica de control para los  microchip-SPAD, el desarrollo de cámaras SPAD para los telescopios TNG, NOT y GTC, así como en las técnicas estadísticas y de inteligencia artificial necesarias para el análisis de los fotones que se observarán de forma simultánea con la red de telescopios integrados en LPI.

El equipo de trabajo de la EPS-UAM está formado por Guillermo González de Rivera Peces, perteneciente al Grupo de Investigación HCTLab;  Sergio López-Buedo y Gustavo Sutter Capristo, socios fundadores de la spin-off Electra C&E Engineering, los tres profesores del Departamento de Tecnología Electrónica y Comunicaciones, y el estudiante de máster Álvaro Quintana Martín de Vidales.

_{El Meridiano de San Fernando, visible en la foto del grupo de participantes en el taller de lanzamiento de LPI, pasa por el Real Observatorio de la Armada, y fue la referencia para toda la cartografía náutica española hasta 1884, cuando en la Conferencia de Washington se estableció como 'Meridiano Cero' universal el de Greenwich.}

Innovación en Interferometría en el Visible

La interferometría ha revolucionado la astronomía en las últimas décadas, tanto en ondas de radio con instalaciones como VLA, ALMA y VLBA, como en el infrarrojo con el VLTI de la ESO. Más recientemente, el EHT logró visualizar la sombra de un agujero negro en la Vía Láctea y en M87. Sin embargo, estas técnicas se basan en correlaciones de amplitud y fase de la luz, mientras que la interferometría de intensidad estudia correlaciones fotón-fotón en el espectro visible.

Gracias a los sensores SPAD de lectura ultrarrápida y la red de telescopios ópticos del Roque de los Muchachos, LPI podrá correlacionar señales en tiempos cercanos a la coherencia de la radiación visible, mejorando la sensibilidad y alcanzando resoluciones de 50 microsegundos de arco, comparables al EHT pero en el espectro visible. Esto requiere una sincronización temporal a nivel de picosegundos, un desafío tecnológico respaldado por la amplia experiencia del ROA.

Actualmente, solo el interferómetro CHARA en Mount Wilson combina luz de seis telescopios de 1 metro en el visible, con una línea de base de hasta 330 metros. LPI, con telescopios más grandes y una línea de base de 1,5 kilómetros, podrá observar objetos mucho más débiles y alcanzar una resolución cuatro veces mayor que CHARA, equivalente al tamaño angular de una moneda de un euro vista desde 65.000 kilómetros.

Agradecimiento al ROA

Queremos agradecer al Real Instituto y Observatorio de la Armada por su hospitalidad y apoyo al proyecto. Fundado en 1753 por Jorge Juan, el ROA ha sido crucial para la elaboración de las cartas de navegación y la difusión de la hora legal en España, con una precisión excepcional. También destaca por su investigación en medición de tiempo, geodesia y astronomía, disciplinas fundamentales tanto para la navegación como para la exploración científica. Visitar el ROA es una experiencia imprescindible: una  auténtica gema del conocimiento científico, cuyo legado transciende fronteras y épocas. Su biblioteca alberga más de 30.000 volúmenes dedicados a la investigación científica, que abarcan desde el siglo XV hasta el XIX.

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