El vídeo que aquí les muestro ha sido obtenido con una nueva tecnología de detectores llamada L3CCD. La luz viene de un pequeño orificio iluminado. Lo que ven a la izquierda es una película que muestra las imágenes individuales, siendo cada punto de luz un fotón (la partícula de la luz). A la derecha tienen los mismos datos pero acumulados, revelándonos la imagen de difracción consistente en varios anillos concéntricos exactamente como predice la teoría ondulatoria. Esta simple demostración deja al desnudo la naturaleza dual de la luz: corpúsculo (fotón) y onda. En el Observatorio del Roque de los Muchachos hemos estado en la vanguardia de la aplicación de la tecnología L3CCD que es capaz de contar fotón por fotón con una gran limpieza permitiéndonos estudiar eventos astronómicos que antes no podíamos.
Sabemos lo que sabemos sólo y exclusivamente gracias a la luz. Capturamos la luz, la diseccionamos, la registramos, la transformamos en datos y con los datos hacemos investigación. A este proceso se le llama astronomía observacional y a él contribuyen otros muchas disciplinas como la mecánica, la electrónica o la informática. La astronomía observacional es un campo convulso, en continua progresión, y en ocasiones se producen grandes avances en base a pequeños golpecitos tecnológicos o simplemente a ideas simples y brillantes. Lo que les traigo hoy es precisamente un ejemplo de cómo la aplicación de una versión mejorada de nuestro detector convencional puede abrirnos las puertas a nuevos campos de información.
El detector juega un papel protagonista en la astronomía observacional. Se encarga de registrar la luz y transformarla en una señal digital que permite su estudio con medios informáticos. Desde la década de los 80 en prácticamente todos los observatorios del mundo utilizamos como detector un semiconductor de silicio al que llamamos CCD (por cierto, uno de los primeros usos astronómicos de tal detector se realizó en La Palma allá por el año 1984). Estos detectores tienen una sensibilidad y una eficiencia muy superior a la fotografía química. Sin embargo, la tecnología de las CCDs no siempre ha sido la misma y han estado en continua evolución.
La astronomía observacional tira del mercado tecnológico, es decir, acude con frecuencia al mercado y demanda productos que amplían las fronteras de la investigación astronómica en base a tirar del desarrollo y la innovación en organismos privados o públicos (lo cual en ocasiones se traduce en la creación de patentes). La evolución de las CCDs en la astronomía observacional es desde luego un buen ejemplo de esta simbiosis. Mientras las primeras CCDs tenían una eficiencia máxima del 40% hoy en día están en el 90% aproximadamente. ¿Y qué quiere decir esto? Pues que tan sólo cambiando los detectores hemos logrado que el mismo telescopio que teníamos en los 80 ahora puede rendir en un factor superior al 100%. Y por el camino hemos contribuido indirectamente al desarrollo y la innovación en el campo de los semiconductores y los detectores en general.
Recientemente la compañía británica E2V Technologies (http://www.e2v.com/) desarrolló una modificación a la electrónica de las CCDs convencionales que pronto llamó la atención de la astronomía observacional. En una CCD convencional los fotones son absorbidos en cada píxel originando una carga que se almacena. Posteriormente se mide la carga en un proceso que intrínsicamente introduce ruido, el cual degrada la detección por píxel (en astronomía la capacidad de detección se calcula dividiendo la cantidad de señal por la cantidad de ruido).
Con la nueva tecnología, denominada L3CCD, la señal es amplificada en el mismo detector y antes de leerse, reduciéndose de manera drástica el ruido y aumentando su capacidad de detección. Este proceso nos abre las puertas de par en par a la astronomía de los bajos niveles de brillo o en otras palabras, ahora podemos contar fotones individuales en regímenes de poca luz, algo que con las CCDs convencionales no podíamos. ¿Y qué consecuencias observacionales trae consigo? Una inmediata: el estudio de eventos rápidos en objetos con brillos relativamente débiles.
La luz tiene una naturaleza doble a la que se le llama dualidad onda-corpúsculo. Y la combinación de ambas naturalezas aporta información sobre el espacio, el tiempo, la energía y el grado de polarización del entorno donde se ha originado el rayo de luz.
Con los detectores L3CCD podemos ampliar sensiblemente la cantidad de información temporal de la luz. Si además utilizamos un detector L3CCD en combinación con un espectrógrafo entonces a la nueva información temporal se le suma la información sobre la energía de la luz, y esto es precisamente lo que hemos logrado por primera vez hace tan sólo unos meses en el telescopio William Herschel.
Tres astrónomos, Simon Tulloch, Pablo Rodríguez y Vik Dhillon utilizaron el espectrógrafo ISIS en combinación con dos detectores de tipo L3CCD para observar un sistema estelar binario con un período orbital de tan solo 78 minutos. Esto les permitió realizar un completo estudio dinámico del sistema, estudio que no hubiesen sido capaces de realizar con los detectores CCD convencionales.
Simon es hoy por hoy uno de los mayores conocedores de los detectores L3CCD y no es casual que en la actualidad termina su tesis doctoral sobre el uso astronómico de esta nueva tecnología. Su tesis ha sido realizada casi íntegramente aquí en La Palma.
Para más información:
La noticia sobre el primer uso astronómico y espectroscópico de la tecnología L3CCD:
http://www.ing.iac.es/PR/press/qucam.html
Las páginas de Simon Tulloch sobre la nueva tecnología L3CCD:
http://www.ing.iac.es/~smt/LLLCCD/marcl3.htm
Más concretamente, esta presentación de Simon explica muy bien el funcionamiento de las CCDs y las L3CCDs:
http://www.ing.iac.es/~smt/LLLCCD/lecture1.ppt