Observatorio Géminis

El Observatorio Gemini consta de dos telescopios de 8,1 metros (26,6 pies), Gemini Norte y Gemini Sur, situados en Hawái y Chile. respectivamente. Estos telescopios gemelos ofrecen una amplia cobertura de los cielos del norte y del sur y se encuentran entre los telescopios ópticos/infrarrojos más avanzados disponibles para los astrónomos. (Ver Lista de telescopios ópticos reflectores más grandes).

El observatorio es propiedad y está operado por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de los Estados Unidos, el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, CONICYT de Chile, MCTI de Brasil, MCTIP de Argentina y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI).) de la República de Corea. El NSF es el principal contribuyente de financiación y proporciona alrededor del 70% de los recursos necesarios. La Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) gestiona las operaciones y el mantenimiento del observatorio a través de un acuerdo de cooperación con la NSF, actuando como agencia ejecutiva en nombre de los socios internacionales.

Los telescopios Gemini están equipados con instrumentos modernos y destacan por su rendimiento óptico y de infrarrojo cercano. Utilizan tecnología de óptica adaptativa para contrarrestar la borrosidad atmosférica. En particular, Gemini es líder en imágenes infrarrojas asistidas por óptica adaptativa de campo amplio y recientemente ha encargado el Gemini Planet Imager, que permite a los investigadores observar y estudiar directamente exoplanetas con extrema debilidad en comparación con sus estrellas anfitrionas. Gemini apoya la investigación en varios dominios de la astronomía moderna, incluido el Sistema Solar, los exoplanetas, la formación y evolución de estrellas, la estructura y dinámica de las galaxias, los agujeros negros supermasivos, los quásares distantes y la estructura del Universo a gran escala.

Anteriormente, Australia y el Reino Unido también participaron en la asociación del Observatorio Gemini. Sin embargo, el Reino Unido retiró su financiación a finales de 2012. En respuesta, el observatorio redujo significativamente los costos operativos, simplificó las operaciones e implementó medidas de ahorro de energía en ambos sitios. Además, ambos telescopios ahora se operan de forma remota desde los centros de operaciones de las instalaciones de la base ubicados en Hilo, Hawaii y La Serena, Chile. En 2018, KASI firmó un acuerdo para convertirse en participante de pleno derecho del Observatorio Gemini.

Descripción general

La sede internacional y el centro de operaciones del norte del Observatorio Gemini están ubicados en Hilo, Hawaii, en la Universidad de Hawaii en Hilo University Park. El Centro de Operaciones Sur está ubicado en el campus del Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) cerca de La Serena, Chile.

• El telescopio "Gemini North", oficialmente llamado Telescopio Frederick C. Gillett Gemini se encuentra en la Mauna Kea de Hawaii, junto con muchos otros telescopios. Esa ubicación proporciona excelentes condiciones de visualización debido a las magníficas condiciones atmosféricas (estables, secas y raramente nubladas) sobre el volcán inactivo de 4.200 metros de altura (13.800 pies). Vio primera luz en 1999 e inició operaciones científicas en 2000.

• El telescopio "Gemini South" está situado a más de 2.700 metros (8.900 pies) de altitud sobre una montaña en los Andes Chilenos llamados Cerro Pachón. El aire muy seco y la cubierta de nube insignificante hacen de este otro telescopio principal (de nuevo compartido por varios otros observatorios, incluyendo el Telescopio de Investigación Astrofísica del Sur (SOAR) y el Observatorio Interamericano del Cerro Tololo. Gemini Sur vio primera luz en 2000.

Juntos, los dos telescopios cubren casi todo el cielo excepto dos áreas cercanas a los polos celestes: Gemini Norte no puede apuntar al norte de la declinación +89 grados, y Gemini Sur no puede apuntar al sur de la declinación -89 grados.

Ambos telescopios Gemini emplean una variedad de tecnologías para proporcionar un rendimiento líder a nivel mundial en astronomía óptica e infrarroja cercana, incluidas estrellas guía láser, óptica adaptativa, óptica adaptativa multiconjugada y espectroscopia de múltiples objetos. Además, es posible realizar observaciones infrarrojas de muy alta calidad gracias al avanzado revestimiento de plata protegido aplicado a los espejos de cada telescopio, los pequeños espejos secundarios en uso (lo que da como resultado una relación focal f16) y los avanzados sistemas de ventilación instalados en cada sitio.

Historia

Se estima que la construcción de los dos telescopios costó aproximadamente 187 millones de dólares, y una noche en cada telescopio Gemini vale decenas de miles de dólares estadounidenses.

Los dos espejos en blanco de 8 metros, cada uno con un peso de más de 22 t (24 toneladas cortas), se fabricaron con vidrio de expansión ultrabaja de Corning. Cada pieza en bruto se construyó mediante la fusión y posterior hundimiento de una serie de piezas hexagonales más pequeñas. Este trabajo se realizó en las instalaciones de la planta Canton de Corning ubicadas en el norte del estado de Nueva York. Luego, los espacios en bruto se transportaron por barco a REOSC, ubicado al sur de París, para su rectificado y pulido final.

Una decisión que se tomó durante el diseño para ahorrar dinero fue eliminar las dos plataformas Nasmyth. Esto hace que instrumentos como los espectrógrafos de alta resolución y los sistemas de óptica adaptativa sean mucho más difíciles de construir, debido al tamaño y los requisitos de masa inherentes a los instrumentos Cassegrain. Otro desafío en el diseño de instrumentos grandes es el requisito de tener una masa y una posición de centro de masa específicas para mantener el equilibrio general del telescopio.

Crisis de financiación del Reino Unido

En noviembre de 2007 se anunció que el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC) del Reino Unido había propuesto que, para ahorrar £4 millones al año, intentaría abandonar el consorcio operativo del telescopio. En una reunión del consorcio en enero de 2008, se llegó a la conclusión de que el Reino Unido se retiraría oficialmente de la Asociación Gemini y del Acuerdo del Observatorio Gemini a partir del 28 de febrero de 2007. Esta decisión trastornó significativamente los presupuestos del observatorio y resultó en la cancelación de al menos un instrumento. en desarrollo en ese momento, el espectrógrafo de velocidad radial de precisión.

Dado que el motivo por el que el Reino Unido rompió su parte del acuerdo parecía ser enteramente financiero, hubo protestas públicas, incluida la campaña "Save Astronomy" movimiento que pedía a los ciudadanos que se pronunciaran contra los recortes presupuestarios de la astronomía. El Reino Unido reconsideró su decisión de retirarse de Gemini y solicitó su reincorporación al acuerdo, y fue bienvenido oficialmente el 27 de febrero de 2008. Sin embargo, en diciembre de 2009 se anunció que el Reino Unido también abandonaría la asociación Gemini en 2012. como poner fin a varias otras asociaciones científicas internacionales, debido a las continuas limitaciones de financiación.

Dirección

El primer director de Gemini fue Matt Mountain, quien después de ocupar el cargo durante once años lo dejó en septiembre de 2005 para convertirse en director del Space Telescope Science Institute (STScI). Fue sucedido por Jean-René Roy, que trabajó durante nueve meses, después de lo cual Doug Simons ocupó la dirección desde junio de 2006 hasta mayo de 2011. A su vez, fue sucedido por un nombramiento interino del entonces retirado Fred Chaffee, ex director de Observatorio WM Keck. Chaffee fue sucedido en agosto de 2012 por Markus Kissler-Patig, quien ocupó el cargo hasta junio de 2017. Laura Ferrarese sucedió al Dr. Kissler-Patig en julio de 2017 con un nombramiento interino. La actual directora es Jennifer Lotz desde el 6 de septiembre de 2018.

Gobernanza y supervisión

El Observatorio está regido por el Consejo Gemini, tal como lo define el Acuerdo Internacional Gemini. La Junta fija los límites de la política presupuestaria para el Observatorio y lleva a cabo amplias funciones de supervisión, con el asesoramiento de un subcomité asesor de ciencia y tecnología (el STAC) y un subcomité de finanzas. Estados Unidos ocupa seis de los 13 escaños con derecho a voto en el Consejo Gemini. Los miembros estadounidenses de la Junta suelen desempeñar mandatos de tres años y son reclutados y nominados por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), que representa a la comunidad estadounidense en todos los aspectos de las operaciones y el desarrollo de Gemini. Actualmente, Gemini es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA), Inc., en nombre de la asociación a través de un premio de NSF. AURA ha operado Gemini desde su construcción en la década de 1990.

NSF actúa como agencia ejecutiva y actúa en nombre de los participantes internacionales. NSF tiene un puesto en la Junta de Gemini; un miembro adicional del personal de NSF actúa como Secretario Ejecutivo de la junta. La gestión programática es responsabilidad de un Oficial de Programa de NSF. El Oficial de Programa supervisa las operaciones y las actividades de desarrollo en el Observatorio, nomina a científicos estadounidenses para los comités asesores de Gemini, realiza revisiones en nombre de la asociación y aprueba acciones, informes y contratos de financiación.

Instrumentación

Óptica adaptativa

Ambos telescopios Gemini emplean sofisticados sistemas de óptica adaptativa de última generación. Gemini-N utiliza habitualmente el sistema ALTAIR, construido en Canadá, que logra una relación Strehl del 30 al 45% en un campo de 22,5 segundos de arco cuadrados y puede alimentar NIRI, NIFS o GNIRS; Puede utilizar estrellas guía naturales o láser. Junto con NIRI fue responsable del descubrimiento de HR8799b.

En Gemini-S, el sistema de óptica adaptativa multiconjugada (GeMS) de Gemini se puede utilizar con la espectrometría y el generador de imágenes de infrarrojo cercano FLAMINGOS-2, o con el generador de imágenes de óptica adaptativa Gemini Sur (GSAOI), que proporciona difracción uniforme. Calidad de imagen limitada a campos de visión a escala de minutos de arco. GeMS logró su primera luz el 16 de diciembre de 2011. Utilizando una constelación de cinco estrellas guía láser, logró un FWHM de 0,08 segundos de arco en la banda H sobre un campo de 87 segundos de arco cuadrados.

Se ha considerado un espejo secundario adaptativo para Gemini, que proporcionaría correcciones de óptica adaptativa razonables (equivalentes a la visión natural en el nivel del percentil 20 durante el 80 % del tiempo) a todos los instrumentos del telescopio al que está conectado.. Sin embargo, a partir de 2017, no hay planes para implementar dicha actualización en ninguno de los telescopios.

Instrumentos

En los últimos años, la Junta Gemini ha ordenado al observatorio que admita sólo cuatro instrumentos en cada telescopio. Debido a que Gemini-N y Gemini-S son esencialmente idénticos, el observatorio puede mover instrumentos entre los dos sitios y lo hace de forma regular. Dos de los instrumentos más populares son los espectrógrafos multiobjeto Gemini (GMOS) en cada uno de los telescopios. Construidos en Edimburgo, Escocia, por el Centro de Tecnología Astronómica del Reino Unido, estos instrumentos proporcionan espectroscopia de múltiples objetos, espectroscopia de rendija larga, imágenes y espectroscopia de campo integral en longitudes de onda ópticas. Los detectores de cada instrumento se han actualizado recientemente con dispositivos Hamamatsu Photonics, que mejoran significativamente el rendimiento en la parte roja lejana del espectro óptico (700-1000 nm).

Las imágenes de infrarrojo cercano y la espectroscopia son proporcionadas por los instrumentos NIRI, NIFS, GNIRS, FLAMINGOS-2 y GSAOI. La disponibilidad y las descripciones detalladas de estos instrumentos están documentadas en el sitio web del Observatorio Gemini.

Uno de los nuevos instrumentos más interesantes de Gemini es GPI, el Gemini Planet Imager. GPI fue construido por un consorcio de instituciones estadounidenses y canadienses para cumplir con los requisitos de la propuesta del Coronógrafo de Óptica Adaptativa Extrema de ExAOC. GPI es un polarímetro/espectrómetro de campo integral de imágenes de óptica adaptativa extrema, que proporciona datos limitados por difracción entre 0,9 y 2,4 micrones. GPI puede tomar imágenes directamente de planetas alrededor de estrellas cercanas que son una millonésima parte del brillo de su estrella anfitriona.

Gemini también apoya un vigoroso programa de instrumentos para visitantes. Los instrumentos pueden llevarse a cualquiera de los telescopios por períodos cortos de tiempo y los equipos de instrumentos pueden utilizarlos para programas de observación específicos. A cambio del acceso a Gemini, los instrumentos se ponen a disposición de toda la comunidad Gemini, para que puedan utilizarse en otros proyectos científicos. Los instrumentos que han hecho uso de este programa incluyen el Differential Speckle Survey Instrument (DSSI), el espectrómetro Phoenix de infrarrojo cercano echelle y el espectrómetro de infrarrojo medio TEXES. El espectrógrafo ESPaDOnS, situado en el sótano del Telescopio Canadá-Francia-Hawái (CFHT), también se utiliza como "instrumento visitante", aunque nunca se mueve del CFHT. El instrumento está conectado a Gemini-North mediante una fibra óptica de 270 metros de longitud. Conocida como GRACES, esta disposición proporciona espectroscopía óptica de muy alta resolución en un telescopio de 8 metros.

El revestimiento de plata de Gemini y la optimización del infrarrojo permiten realizar observaciones sensibles en la parte del infrarrojo medio del espectro (5–27 µm). Históricamente, las observaciones del infrarrojo medio se han obtenido utilizando T-ReCS en Gemini South y Michelle en Gemini North. Ambos instrumentos tienen capacidades espectroscópicas y de imágenes, aunque ninguno de ellos se utiliza actualmente en Gemini.

Problemas de desarrollo de instrumentación

La primera fase del desarrollo de la instrumentación Gemini no se desarrolló sin problemas; los cronogramas se retrasaron varios años y los presupuestos a veces se sobrepasaron hasta en un factor de dos. En 2003, el proceso de desarrollo de instrumentos se volvió a analizar en el informe de Aspen; por ejemplo, se introdujo un programa de incentivos en el que a los desarrolladores de instrumentos se les garantizaba asignaciones sustanciales de tiempo del telescopio si entregaban el instrumento a tiempo y lo perdían debido al retraso.

Un espectrógrafo multiobjeto de campo amplio logró un apoyo científico sustancial, pero habría requerido cambios importantes en el diseño del telescopio; efectivamente, habría requerido que uno de los telescopios se dedicara a ese instrumento. El proyecto finalizó en 2009.

Desarrollo de instrumentación de segunda ronda

En enero de 2012, el Observatorio Gemini inició una nueva ronda de desarrollo de instrumentación. Desde entonces, este proceso ha dado como resultado el desarrollo de un espectrógrafo óptico de alta resolución conocido como GHOST, cuya puesta en servicio comenzará en abril de 2022 y la puesta en servicio científica en el cielo está prevista para junio de 2022.

Observación y apoyo comunitario

La misión principal del Observatorio Gemini es servir a las comunidades astronómicas generales en todos los países participantes; de hecho, el Observatorio proporciona la mayor parte del acceso general a grandes telescopios ópticos/infrarrojos para muchos de los participantes, y representa la única instalación de acceso público de 8 metros en los EE. UU. El observatorio llega a su comunidad a través de las Oficinas Nacionales Gemini (ONG)., cuya oficina estadounidense está ubicada en Tucson, en el Observatorio Nacional de Astronomía Óptica. Las ONG brindan apoyo general a los usuarios, desde la preparación de propuestas hasta la adquisición, reducción y análisis de datos.

En un año determinado, los dos telescopios normalmente proporcionaron datos para más de 400 proyectos científicos discretos, más de dos tercios de los cuales están dirigidos por astrónomos estadounidenses. Alrededor del 50-70 por ciento de los miembros de la "Banda 1" las propuestas alcanzan el 100 por ciento de finalización en un año determinado. Por lo general, el 90 por ciento del tiempo disponible (tiempo despejado) se utiliza para la ciencia, el resto se asigna al mantenimiento programado o se pierde debido a fallas técnicas imprevistas.

Gemini ha desarrollado en los últimos años nuevos e innovadores modos de observación. Estos incluyen el programa "Large and Long" para respaldar solicitudes de grandes cantidades de tiempo de uso del telescopio y el programa "Fast Turnaround" para brindar acceso rápido al telescopio. Estos y otros modos han sido aprobados por la Junta Directiva de Gemini y están resultando populares entre la comunidad de usuarios. En 2015, hasta el 20 por ciento del tiempo disponible del telescopio se utilizó para programas Grandes y Largos, que en términos de horas de observación atrajeron una demanda de usuarios cinco veces mayor de la que podían satisfacer. En el mismo período, aproximadamente el 10 por ciento del tiempo del telescopio se asignó al programa Fast Turnaround, que en la segunda mitad de 2015 tuvo una sobresuscripción de un factor de 1,6. En 2015, la asignación de tiempo restante de EE. UU. en Géminis se sobresuscribió en un factor de aproximadamente 2, en consonancia con los últimos años.

Perspectivas (2017 en adelante)

En 2010, el Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. (NRC) llevó a cabo su sexta encuesta decenal en astronomía y astrofísica para recomendar preguntas científicas clave y nuevas iniciativas para la década actual. Dado que tanto las recomendaciones de la NRC como los programas actuales no pudieron adaptarse a las proyecciones presupuestarias posteriores, la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias, a través del Comité Asesor de la Dirección de Ciencias Físicas y Matemáticas (MPS), llevó a cabo una comunidad- revisión de cartera basada en el tema para hacer recomendaciones de implementación que respondan mejor a las preguntas científicas de la encuesta decenal. El informe resultante, Advancing Astronomy in the Coming Decade: Opportunities and Challenges, se publicó en agosto de 2012 e incluía recomendaciones relacionadas con todas las principales instalaciones de telescopios financiadas por la NSF. El informe del Comité de Revisión de la Cartera clasificó al Observatorio Gemini como un componente crítico de los futuros recursos de investigación astronómica de Estados Unidos y recomendó que Estados Unidos conserve una participación mayoritaria en la asociación internacional durante al menos los próximos años. Sin embargo, dadas las limitaciones que se consideraron, el Comité recomendó que la contribución de Estados Unidos a las operaciones de Gemini se limite a partir de 2017.

Desde entonces, la NSF ha encargado un estudio al Consejo Nacional de Investigación, titulado "Una estrategia para optimizar el sistema óptico/infrarrojo de EE. UU. en la era del gran telescopio de rastreo sinóptico". El informe recomendó que NSF trabaje con sus socios en Gemini para garantizar que Gemini-Sur esté bien posicionado para la espectroscopía de objetos débiles a principios de la era del Gran Telescopio de Rastreo Sinóptico (LSST). El apoyo del Observatorio para el desarrollo de un espectrógrafo de resolución media de próxima generación durante los próximos cinco o seis años aborda directamente esta recomendación.

Con la firma del nuevo Acuerdo Internacional a finales de 2015, se asegura el apoyo de los cinco firmantes (Estados Unidos, Canadá, Argentina, Brasil y Chile) para el período 2016-2021. Australia se retiró de la asociación del Observatorio Gemini en 2015 y Corea se unió a la asociación en 2018. El Acuerdo Internacional actualmente vigente, firmado en noviembre de 2020, tiene seis signatarios (Argentina, Brasil, Canadá, Chile, Corea y Estados Unidos), y el El acuerdo es efectivo hasta finales de 2026.

Observaciones e investigaciones

El Gemini fue uno de los telescopios que observó la activación de un transitorio nuclear, junto con el telescopio espacial Swift (también conocido como Observatorio Swift Neil Gehrels desde 2018) y el telescopio Hiltner (observatorio MDM). El evento transitorio se denominó PS1-13cbe y estuvo ubicado en el Galaxy SDSS J222153.87+003054.2

Incidentes

El 22 de octubre de 2022, el espejo primario de 8,1 m del telescopio Gemini Norte resultó dañado cuando tocó una restricción sísmica mientras estaba en un carro de lavado, siendo movido para quitar el revestimiento de plata antes de volver a recubrirlo. Se crearon dos chips, en el borde inferior y en el margen del espejo principal. Desde entonces, este fue reparado después de varios meses de inactividad y volvió a observar el cielo el 2 de junio de 2023 aparentemente sin pérdida de rendimiento o calidad.