Nuevo dispositivo óptico astrofísico a base de alúmina

Un diagrama esquemático que muestra cómo los investigadores pueden estudiar la radiación del universo primitivo usando un filtro reflectante infrarrojo con una estructura de ojo de polilla creada por un proceso de láser pulsado. - NASA, ESA, M. POSTMAN (STSCI),

   MADRID, 27 Ene. (EUROPA PRESS) -

   Un nuevo tipo de elemento óptico basado en el óxido de aluminio mejorará el rendimiento de los telescopios que estudian la radiación del Big Bang, según los investigadores que lo han desarrollado.

   El fondo cósmico de microondas (CMB) es un remanente de radiación reliquia del Big Bang. Llega a nuestros telescopios después de viajar 13.800 millones de años desde el nacimiento del Universo. Al estudiar las propiedades de esta radiación, los científicos infieren la física del Big Bang, cómo se forman los cúmulos de galaxias y el contenido de materia y energía en el Universo. Se han otorgado cuatro premios Nobel por estudios anteriores del CMB.

   Para estudiar el CMB, los telescopios deben ajustarse a las longitudes de onda en las que es más intenso, alrededor de 1-3 mm, y deben separar la radiación de longitud de onda más corta que emiten la atmósfera y la Vía Láctea. Entre los elementos ópticos más efectivos que absorben la radiación de longitud de onda corta pero dejan pasar la CMB esta la alúmina, un material hecho de aluminio y oxígeno y que es el segundo en dureza después del diamante.

   Un desafío con el uso de alúmina es que también refleja casi el 50% de la radiación que incide sobre ella. Dos científicos del Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo y la Universidad de Minnesota, Tomotake Matsumura y Shaul Hanany, ahora han ideado una nueva forma de fabricar estructuras antirreflectantes que reducen los reflejos cincuenta veces.

   Los investigadores se asociaron con Mark Devlin y Simon Dicker, colegas de la Universidad de Pensilvania que están operando el instrumento MUSTANG2, que está acoplado al Telescopio Green Bank en Virginia. Hanany y Matsumura proporcionaron al equipo MUSTANG2 un absorbente de longitud de onda corta de alúmina que tiene las nuevas estructuras antirreflectantes. El instrumento MUSTANG2 ahora está realizando observaciones del cielo con la nueva tecnología, demostrando por primera vez su éxito.

   Los investigadores modelaron la alúmina con pequeñas estructuras piramidales, que miden aproximadamente un milímetro de alto (0,04 pulgadas) y se repiten a lo largo de 30 centímetros de diámetro con una periodicidad de poco menos de un milímetro. Se sabe desde hace tiempo que la incorporación de tales estructuras en las superficies de los materiales reduce los reflejos. Con las pirámides pequeñas, la luz entra y sale del material de forma más gradual, lo que lleva a una reflexión mucho menor.

   La innovación de Matsumura y Hanany está en la forma en que modelaron la alúmina, que es demasiado difícil de mecanizar con herramientas estándar. Utilizaron un láser de pulsos ultracortos, con pulsos de pocas trillonésimas de segundo y que alcanzaban los 100 megavatios cada uno, para eliminar el material por ablación y dar forma al relieve de la superficie a su forma antirreflectante óptima.

    En unos cuatro días, el proceso láser produjo 320.000 pirámides en ambos lados del disco de alúmina. Los investigadores midieron las propiedades de la muestra de alúmina y demostraron que refleja menos del 1% de la radiación incidente. Esta es la primera vez que un elemento óptico de este tipo ha sido fabricado y acoplado a un instrumento operativo, y es la muestra más grande de alúmina que ha sido ablacionada con láser.

   Esta innovación conducirá a instrumentos más eficientes que miren hacia atrás en el tiempo y revelen el proceso físico en el Big Bang y a lo largo de la evolución del universo, según un comunicado del Instituto.