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Proyectos de investigación astrofísica

Instrumentación y Espacio

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ARES: Alta Resolución ESpectral (P/301701)

JONAY I GONZÁLEZ HERNÁNDEZ

Rafael Rebolo López, Carlos Allende Prieto, Enric Pallé Bagó, María Jesús Martínez González, BorjaToledo Padrón, David Sánchez Aguado

Colaboradores del IAC: Fabio Tenegi Sanginés, Víctor J. Sánchez Béjar, Ana Belén Fragoso López, Manuel Amate Plasencia, Félix Gracia Temich, José Luis Rasilla Piñeiro, Romano L.M. Corradi, Roberto Manuel Luis Simoes, Luis Fernando Rodríguez Ramos

Francesco Pepe (UniGE), Gaspare Lo Curto (ESO), Alejandro Suárez Mascareño (UniGE); Paolo Molaro (INAF), Christophe Lovis (UniGE), Maria Rosa Zapatero (CAB-INTA); Alessandro Marconi (INAF), Roberto Maiolino (UniCA), Didier Queloz (UniCA); Samantha Thompson (UniCA), Martin Fisher (UniCA); Samuel Santana Tschudi (ESO), Luca Pasquini (ESO), Rafael Probst (MPQ); Piercarlo Bonifacio (OBSPM), Elisabetta Caffau (OBSPM), Hans Ludwig (ZAH); Mathias Steffen (AIP), Nuno Santos (CAUP), Pedro Figueira (CAUP)

Introducción

ARES (Alta Resolución ESpectral) es un proyecto coordinado que pretende unificar y consolidar el esfuerzo del IAC en el desarrollo de instrumentación de alta resolución espectral. El objetivo es impulsar programas científicos frontera que el IAC desarrolla en el ámbito de la búsqueda y caracterización de exoplanetas terrestres, en evolución de las poblaciones estelares de nuestra Galaxia y en el ámbito de la cosmología y física fundamental usando espectroscopía ultraestable de alta resolución.

El proyecto ARES incorpora acciones específicas de gran impacto en el diseño y desarrollo de instrumentación de nueva generación para instalaciones telescópicas en el Observatorio Europeo Austral (ESO), el Observatorio del Roque de Los Muchachos, y el observatorio de Calar Alto: ESPRESSO@8.2m-VLT, HORS@10.4m-GTC, HARPS3@2.5m-INT, NIRPS@3.6m-ESO, HIRES@39m-E-ELT, CARMENES@3.5m-CalarAlto, y HRS@10.4m-GTC.

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Fig. 1
: Vista esquemática de las cuatro Unidades Telescopio (UTs) de 8.2m del VLT (modo multi-UT) alimentando, mediante el tren Coudé, la unidad “front-end” del espectrógrafo ESPRESSO, localizado en el laboratorio combinado Coudé (González Hernández et al. 2017).

El proyecto ARES permitirá realizar aportaciones técnicas y acceder a una explotación científica garantizada en:

(a) ESPRESSO: permitirá, entre otros casos científicos, la detección y caracterización de planetas de tipo terrestre en zona habitable alrededor de estrellas de tipo GKM cercanas del hemisferio sur.

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 Fig. 2: Vista esquemática del Laboratorio combinado Coudé donde el espectrógrafo ESPRESSO se encuentra instalado dentro de una cámara de vacío y varias y varias salas de aislamiento térmico en un sistema de control de múltiples capas (González Hernández et al. 2017).

ESPRESSO es el nuevo espectrógrafo de alta resolución y ultra-estabilidad instalado en la sala Coudé que utiliza el foco Coudé combinado de las Unidades Telescopio (UTs) de 8.2m del VLT, que será capaz de operar tanto con cualquiera de las UTs o (simultáneamente) con varias de las cuatro UTs.

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 Fig. 3: Opto-mecánica del espectrógrafo ESPRESSO (González Hernández et al. 2017).

La primera luz del instrumento con una UT (ver la nota de prensa IAC - nota de prensa ESO) se ha realizado a finales de Noviembre de 2017, y con las cuatro UTs (ver la nota de prensa IAC - nota de prensa ESO) a principios de Febrero de 2018. Se espera que el instrumento comience operaciones en octubre de 2018.

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Fig. 4: Imagen con los primeros datos espectrales de una estrella observada en la primera luz del instrumento ESPRESSO (Crédito: ESO. Ver la nota de prensa IAC - nota de prensa ESO).

(b) HORS: caracterizará la química de las estrellas más primitivas de la Vía Láctea (ver nota de prensa IAC). El instrumento HORS vio la primera luz en Mayo de 2015 (ver nota de prensa IAC). Se han realizado mejoras en varios componentes ópticos con el objetivo de realizar más pruebas en GTC durante 2018.

(c) NIRPS: será particularmente eficiente en la detección y caracterización de planetas de baja masa en órbita alrededor de estrellas más frías de tipo M en el hemisferio sur. El IAC está desarrollando el diseño del haz de fibras (ver nota de prensa ESO).

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Fig. 5: Cámara de vacío, la opto-mecánica del espectrógrafo NIRPS (Bouchy et al. 2017).

(d) HARPS3: se concentrará en sistemas estrella-planeta análogos al sistema Sol-Tierra. El IAC está llevando a cabo el diseño de las salas de aislamiento térmico del espectrógrafo.

(e) HIRES: estudiará, entre otros casos científicos, las atmósferas de exoplanetas desde Neptunos a Tierras, incluyendo aquellos en zona habitable, con el objetivo de detectar señales de vida en planetas rocosos. El IAC participa en la fase A del diseño del brazo visible de este espectrógrafo y en el haz de fibras del instrumento.

(f) CARMENES: buscará planetas de baja masa orbitando estrellas de tipo M del hemisferio norte, con el objetivo de encontrar planetas de tipo terrestre en zona de habitabilidad.

(g) HRS: buscará planetas de tipo terrestre en zona de habitabilidad en el hemisferio norte. El IAC es realizando el seguimiento del desarrollo del espectrógrafo de alta resolución y ultra-estabilidad para el telescopio GTC previsto para los próximos años.

Hitos

- La participación del IAC en el consorcio ESPRESSO para el diseño y desarrollo del espectrógrafo ultra-estable ESPRESSO se ha llevado a cabo con éxito (Pepe et al. 2014, AN, 335, 8; González Hernández et al. 2017, arXiv:1711.05250).

Durante el primera parte del año 2017 se ha llevado a cabo la el proceso de aceptación preliminar en Europa (PAE)del instrumento por parte del Observatorio Europeo Austral (ESO), y durante el verano y otoño de 2017 se ha llevado a cabo la instalación del instrumento en la Sala Coudé combinada de los telescopios 8.2m-VLT en el Observatorio de Paranal (ESO, Chile).  

La primera luz del instrumento con una Unidad de Telescopio (UT) fue llevada a cabo con éxito a finales de Noviembre de 2017 (ver nota de prensa ESO - nota de prensa IAC) y con los cuatro UTs a principios de Febrero de 2018 (ver nota de prensa ESO - nota de prensa IAC). El instrumento comenzará las operaciones en ESO en Octubre de 2018. 

- El IAC ha seguido participando en el desarrollo del peine de frecuencias láser (LFC) acoplado al espectrógrafo ultra-estable HARPS (ver nota de prensa IAC - nota de prensa ESO) donde se ha demostrado una repetibilidad a corto plazo de 2.5 cm/s (Wilken et al. 2012, Nature, 485, 611), llegando a aproximadamente 1 cm/s en los tests de calibración más recientes (Probst et al. 2016, SPIE, 9908, 64). El LFC acoplado a HARPS en el telescopio 3.6m-ESO comenzará las operaciones en la ESO en Octubre de 2018.

- El consorcio NIRPS ha finalizado la fase de diseño final (FDR) del espectrógrafo NIRPS (ver nota de prensa ESO). En particular el IAC ha finalizado con éxito la fase FDR del haz de fibras para el espectrógrafo NIRPS en Noviembre de 2017, e iniciado la fase de construcción (Bouchy et al. 2017, The Messenger, 169, 21; Wildi et al. 2017, SPIE, 10400).

- El IAC ha contribuido a la fase A de diseño conceptual y casos científicos del espectrógrafo HIRES llevada a cabo con éxito en el último trimestre de 2017.

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