TARSIS, el instrumento de próxima generación para el telescopio de 3,5 metros de Calar Alto

Los instrumentos astronómicos permiten a los astrofísicos analizar la luz recogida por los telescopios. La construcción de nuevos instrumentos de última generación es crucial para mantener cualquier observatorio a la vanguardia de la investigación astronómica. Este fue el caso de CARMENES, el instrumento seleccionado en 2009 para el telescopio de 3,5 metros de Calar Alto, liderado conjuntamente por el Landessternwarte Königstuhl en Heidelberg y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) en Granada. CARMENES lleva cazando con éxito exoplanetas en Calar Alto desde 2016.

Tras la publicación por parte del observatorio de una “Convocatoria de Nuevos Proyectos de Legados e Instrumentación” en 2019, seis proyectos instrumentales fueron recibidos y presentados en el IAA-CSIC durante una reunión que tuvo lugar en marzo de 2020, financiada por la Red Española de Infraestructuras en Astronomía (RIA). El Comité Científico Asesor de Calar Alto realizó entonces una revisión en profundidad de cada proyecto y recomendó la preselección de dos diseños instrumentales: GAMAICA y TARSIS. Ambos son espectrógrafos de campo integral (IFU, del inglés Integral-Field Unit) para el telescopio de 3,5 m y han superado con éxito la fase de estudio de viabilidad, una vez evaluados por un Comité Asesor Técnico e Instrumental.

TARSIS son las siglas de su nombre en inglés, Tetra-ARmed Super-Ifu Spectrograph, por su diseño óptico basado en cuatro brazos (tres optimizados en azul, uno en rojo).

A partir de la recomendación final del Comité Asesor Científico, el Comité Ejecutivo de Calar Alto ha seleccionado TARSIS como el nuevo instrumento para el telescopio de 3,5 m.

TARSIS son las siglas de su nombre en inglés, Tetra-ARmed Super-Ifu Spectrograph, por su diseño óptico basado en cuatro brazos (tres optimizados en azul, uno en rojo). Es un instrumento codirigido por la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y el IAA-CSIC, con participación de tres universidades andaluzas (Almería, Granada y Sevilla), el INAOE de México, el socio industrial Fractal SLNE y el Centro de Astrobiología (CAB/INTA-CSIC) en Madrid. La combinación de un amplio campo de visión (3×3 minutos de arco) y una alta sensibilidad desde el ultravioleta (en el rango llamado UV-A) hasta longitudes de onda rojas hacen de TARSIS un instrumento único. El diseño de TARSIS y la exquisita transparencia del cielo de Calar Alto hacen posibles las observaciones en el rango completo de UV-A, un dominio casi inexplorado desde Tierra.

Diseño de TARSIS.

“Durante la existencia de una Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS) como el observatorio de Calar Alto, hay momentos clave que marcan su futuro. Uno de esos momentos fue por ejemplo el desarrollo del espectrógrafo CARMENES hace unos años. Ahora, estamos a punto de empezar una nueva fase que marcará el curso científico y tecnológico de Calar Alto en la próxima década, con el desarrollo del proyecto TARSIS”, declara Jesús Aceituno, director del Centro Astronómico Hispano en Andalucía (CAHA, CSIC/Junta de Andalucía) en Calar Alto.

El principal motor científico de TARSIS es el estudio de cúmulos de galaxias, los bloques de construcción más grandes del universo a gran escala. Con CATARSIS, su estudio asociado, el equipo del instrumento mapeará completamente 16 cúmulos de galaxias cuidadosamente seleccionados (incluidos los filamentos que los alimentan con galaxias ubicadas en sus alrededores), a unos dos mil millones de años luz de distancia de la Tierra. TARSIS proporcionará un gran campo de visión sin precedentes y una alta eficiencia en un rango de longitud de onda extendido, con una sensibilidad que permitirá detectar objetos hasta millones de veces más débiles que las estrellas más débiles visibles a simple vista en un lugar completamente oscuro. Por lo tanto, CATARSIS podrá obtener espectros completos, recopilados de una sola vez, de todas las galaxias detectables en cada uno de los 16 cúmulos seleccionados.

Jorge Iglesias, coinvestigador principal de TARSIS en el IAA-CSIC, expone que “solo las características únicas de TARSIS permiten cartografiar completamente los cúmulos de galaxias a distancias en las que todavía podemos resolver la estructura interna de las galaxias en un amplio rango de energías”. Además, Armando Gil de Paz, coinvestigador principal en la UCM, especifica que “TARSIS, con su gran campo de visión sin precedentes, será el primero de una especie de nueva generación de espectrómetros que finalmente permitirán explorar en espectroscopia –es decir, con información sobre la energía de los fotones– objetos que hasta ahora solo se podían estudiar en imagen”. La científica del proyecto a cargo de la exploración CATARSIS, Patricia Sánchez Blázquez, señala que “el gran campo de visión de TARSIS y la profundidad de las observaciones planificadas ofrecen además oportunidades únicas para el descubrimiento, incluyendo decenas de miles de galaxias emitan gran parte de su luz en el ultravioleta”.

Diseño de TARSIS.

La Universidad de Granada (UGR) está también plenamente comprometida con el proyecto. Mónica Relaño Pastor, co-coordinadora del proyecto científico y representante de la UGR en el consorcio TARSIS, apunta “la relevancia de CATARSIS no solo en reconstruir cómo las galaxias forman estrellas a lo largo de su vida, sino en el estudio de la participación del entorno en la formación y evolución de las galaxias”.

Las observaciones de CATARSIS permitirán a los investigadores validar el modelo cosmológico estándar y comprender la naturaleza de la materia y energía oscuras, así como la relación entre la evolución de las galaxias y su entorno. Estudios cosmológicos previos de Calar Alto, ALHAMBRA y CALIFA, así como el legado CAVITY en curso (este último liderado por el grupo de Astrofísica Galáctica de la UGR), han contribuido a nuestra comprensión de los mecanismos de formación y evolución de galaxias en los últimos años. En la próxima década, CATARSIS proporcionará un conjunto completo de datos de dieciséis cúmulos de galaxias valiosos como legado para la comunidad astronómica de todo el mundo. TARSIS también se ofrecerá a otros grupos en tiempo abierto, lo que lo convertirá en el principal instrumento de trabajo para el telescopio de 3,5 m en los próximos años.

El Observatorio de Calar Alto es una de las infraestructuras que pertenecen al mapa de Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS), aprobado por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación el 6 de noviembre de 2018.