La energía oscura del universo.

El telescopio Hobby-Eberly (HET) se encuentra en el Observatorio McDonald, en el oeste de Texas. Su espejo principal esférico está compuesto de 91 hexágonos idénticos, cada uno de ellos con una longitud de un metro. Todos estos espejos individuales forman juntos un espejo con un diámetro de casi 11 metros, siendo así el más grande del mundo. La apertura efectiva del espejo principal es de 9,2 metros, con un ángulo de apertura de 4 minutos de arco*. Con sus 11,1 por 9,8 metros, el HET es el cuarto telescópico óptico más grande del mundo. Además, gracias a su innovador diseño, su construcción resultó extremadamente económica: tan solo costó 13,5 millones de dólares, aproximadamente un cuarto de lo que habría costado un telescopio comparable. Este ahorro fue en parte posible gracias a simplificaciones, así como al empleo de componentes disponibles en el mercado.

El telescopio espectroscópico para observaciones astronómicas está montado sobre el denominado Prime Focus Instrument Package (PFIP). Dispone de dos espectrógrafos de media y alta resolución. Otro ahorro de costes lo hizo posible el hecho de que para este telescopio de 85 toneladas se prescindió del movimiento en el segundo eje. Esto quiere decir que el espejo siempre se encuentra a la misma altura de 55 grados sobre el horizonte, pero puede girar al mismo tiempo horizontalmente. Con ello es posible observar el 70 por ciento del cielo. La luz captada por el espejo principal se concentra en un haz por encima de este último, donde es recogido con ayuda de una óptica auxiliar especial y enviado a los espectrógrafos a través de conductores de onda de luz.

Esta óptica auxiliar está montada en el denominado “Tracker” (véase la imagen 3), el cual puede moverse en seis ejes o grados de libertad.Es decir, el espejo no sigue al objeto, sino que este éste se mueve sobre el círculo.

Actualmente, el HET está siendo equipado con un gran angular, lo que amplía el ángulo de visión hasta 22 minutos de arco y la apertura útil hasta 10 metros. En futuros proyectos de investigación se captará la mayor cantidad de luz posible por medio de acoplamiento de fibra óptica, revolucionando así las observaciones espectroscópicas. Con la ayuda del HET y su nuevo equipamiento, los científicos pretenden entender la denominada “energía oscura”. Según las hipótesis actuales, la “energía oscura” constituye casi tres cuartos de la materia y la energía del universo, y está considerada como una fuerza misteriosa que hace que el universo se expanda a una velocidad cada vez mayor a medida que envejece.

HETDEX mira al universo
Para resolver este misterio se creó el proyecto HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment). Desde 2012 hasta 2015 se escaneará intensivamente una zona del cielo en el área de la “Osa Mayor”. El objetivo de este proyecto de investigación es cartografiar hasta su mínimo detalle un millón de galaxias que se encuentran alrededor de 10 a 11 mil millones de años luz de la Tierra. El proyecto surgió de la cooperación entre la Universidad de Texas (Austin), la Universidad Estatal de Pennsylvania, la Universidad de Texas A&B, el Observatorio Universitario de Múnich, el Instituto de Astrofísica de Potsdam y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre.

Los científicos internacionales quieren saber más acerca de los procesos que tienen lugar en el universo. Este proyecto de investigación a gran escala pretende esclarecer si son correctas las leyes de la gravedad actualmente aceptadas. Además, se persigue el objetivo de descubrir nuevos pormenores astronómicos acerca del Big Bang. Para ello, en el observatorio en el monte Fawlkes de Texas, la luz en la cámara HETDX no es recogida en un chip fotográfico, sino en 33.400 fibras ópticas. Los expertos tienen la esperanza de que la expansión de nuestro cosmos no sea debido a la Materia Oscura, sino a una forma de efectos gravitacionales hasta ahora desconocidos. Los primeros indicios sobre una de las teorías acerca de la materia oscura, no estarán disponibles antes de 2016, como muy temprano, así como tampoco se logrará encontrar una respuesta concluyente que demuestre que tal fenómeno no existe.

Diseño del PFIP
El Prime Focus Instrument Package (paquete de instrumentos de foco primario) se encuentra sobre un dispositivo de seguimiento en el extremo superior del telescopio y contiene una corrección de gran angular, una cámara de captación, aparatos de medición y un sistema de plano focal. El PFIP es una unidad independiente de automatización con 12 subsistemas y 24 ejes de movimiento. Sus controladores de movimiento y los sistemas E/S están conectados a través del protocolo de comunicación CANopen. Toda la comunicación entre los sistemas a nivel del suelo y los subsistemas PFIP tiene lugar como protocolo punto a punto a través de Ethernet, o bien a través de pasarelas de enlace Ethernet/CAN, las cuales son transparentes para los mensajes de CANopen.

De los 24 ejes de movimiento del PFIP, 15 están motorizados. Los movimientos deben realizarse de forma uniforme y precisa a diferentes velocidades, especialmente a velocidades extremadamente bajas. El controlador de movimiento debe ser capaz de realizar diferentes operaciones en diversas situaciones, por ejemplo el exacto seguimiento de una curva de velocidad (control de apertura), el movimiento y la detención precisos en una posición absoluta o el seguimiento de una curva multiaxial de posición y velocidad.

Los motores empleados en los subsistemas PFIP son motores maxon de la serie EC sin escobillas, los cuales pueden ser equipados, según la necesidad, con reductores, encoders incrementales magnéticos y frenos accionados eléctricamente. Los movimientos uniformes a bajas velocidades se generan mediante conmutación sinusoidal. Para ello se emplea, junto con lo sensores Hall instalados de serie en los motores maxon sin escobillas, un encoder incremental opcional. Los encoders incrementales proporcionan datos adicionales de posición al controlador de movimientos.

Exactas unidades de posicionamiento de maxon
Todos los reguladores son unidades de control de posicionamiento del tipo maxon EPOS2 50/5. Además de los circuitos cerrados de regulación para corriente, velocidad y posición, los controladores disponen de un modo de interpolación de movimiento, con el que es posible el seguimiento de una curva programada de movimiento multiaxial. La EPOS2 dispone además de dispositivos analógicos y digitales de entrada y salida, accesibles a través de la interfaz CANopen. También es posible programar según las señales digitales de entrada, como valores límite positivos/negativos, posición de salida, parada rápida y activación/desactivación de motores. La aplicación PFIP está compuesta por las estaciones modulares de E/S, y por acopladores de bus CANopen que hacen posible comunicar directamente con los dispositivos de E/S adicionales a través del bus CAN o una pasarela de enlace CAN basada en Ethernet. La pasarela de enlace que se emplea es un sencillo protocolo ASCII para la configuración y el envío de mensajes en ambas direcciones.

En esta aplicación, los dispositivos de hardware se conectan al bus CAN y se controlan en una configuración master/slave a través del ordenador de control del PFIP (PCC). Para un movimiento multiaxial, por ejemplo, el PCC configuraría varios controladores para el movimiento deseado y los accionaría simultáneamente con un solo comando CANopen. Generalmente, el controlador de movimientos del PFIP funciona con una fuente de alimentación de corriente continua de 24 V. Para cargas de inercia mayores, como el diafragma, es posible una alimentación con 48 V, compatible con los controladores EPOS2 50/5. Para cumplir las especificiones para PFIP y HET, todos lo componentes de hardware deben funcionar incluso a temperaturas de -10° C o inferiores. maxon dispone de una amplia oferta de productos capaces de soportar tales condiciones de temperatura, y cuya calidad, seguridad operativa y robustez cumplen con los requisitos de instalaciones industriales de automatización.

En su conjunto, la arquitectura del HET es muy flexible. Añadiendo o retirando controladores de movimiento, módulos de E/S o alimentaciones de tensión, es posible realizar considerables modificaciones con gran facilidad. El reducido tamaño y el escaso peso de los componentes permiten planificar piezas adicionales en el diseño inicial para posteriores ampliaciones.

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