ARRAKIHS: un satélite español para el estudio de la materia oscura

Por Daniel Marín, el 9 noviembre, 2022. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • ESA ✎ 85

La Agencia Espacial Europea seleccionó el pasado 2 de noviembre de 2022 el satélite ARRAKIHS como una nueva misión Rápida del Programa Científico de la ESA (SPC). Se trata de la primera misión científica de la ESA coordinada y liderada por España. El proyecto es la segunda misión de Clase F después de que en 2019 se aprobase Comet Interceptor. Hasta ahora el Programa Científico de la ESA consistía en misiones de tipo Grande, Medio y Pequeño (L, M y S), en función de su complejidad y presupuesto. Las misiones F son relativamente baratas y, sobre todo, rápidas, de tal forma que no pasen más de diez años entre la selección y el lanzamiento. Además, la masa de los vehículos tiene que ser inferior a una tonelada, permitiendo que la misión se lance como carga secundaria junto a otros satélites. ARRAKIHS (Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys) —¡toma acrónimo!— es un satélite de unos 300 kg que observará las estructuras alrededor de pequeñas galaxias cercanas para estudiar la distribución de la materia oscura. El equipo de esta misión está liderado por Rafael Guzmán (Instituto de Física de Cantabria).

Diseño de ARRAKIHS según la empresa OHB (ESA/OHB).

ARRAKIHS estará situado en una órbita baja polar y usará 4 pequeños telescopios para observar en el visible y en el infrarrojo (de 380 a 1590 nanómetros). Cada telescopio, de tipo Maksutov-Cassegrain, tendrá una apertura de 15 centímetros y un campo de visión de 1,4º. Este gran campo le permitirá observar los halos galácticos y tenues corrientes estelares alrededor de 115 galaxias de muy bajo brillo superficial situadas entre 82 y 130 millones de años luz. Estudiando la naturaleza y número de estas estructuras se podrán poner a prueba los diferentes modelos de materia oscura y, por tanto, seremos capaces de comprender mejor la naturaleza de esta misteriosa forma de materia. Aunque este tipo de observaciones de gran campo de estructuras galácticas se ha puesto «de moda» en los últimos años, desde la superficie terrestre es imposible obtener imágenes con la sensibilidad que tendrán las observaciones de ARRAKIHS debido a la interferencia de la atmósfera terrestre (contaminación lumínica, airglow, satélites, etc.). Durante los tres años que durará la misión primaria, ARRAKIHS podrá observar un total de 160º cuadrados de cielo. Cada galaxia de interés será observada durante unas 150 horas (!) sumando unas 900 exposiciones de 10 minutos cada una. Básicamente, ARRAKIHS es el sueño de cualquier astrofotógrafo, aficionado o profesional, de cielo profundo hecho realidad.

La óptica de ARRAKIHS estará formada por 4 telescopios de 15 cm de diámetro cada uno (ESA).
ARRAKIHS estará situado en una órbita SSO (ESA).
Diseño de ARRAKIHS pr Airbus (ESA/Airbus).
La cámara iSIM-170 en el módulo japonés Kibo de la ISS (SATLANTIS).

Obviamente, ARRAKIHS no podrá observar la materia oscura directamente, pero sí la concentración de materia bariónica en forma de estrellas en los halos y corrientes de marea entre galaxias, que, en teoría, reflejan la distribución de materia oscura. Los modelos de materia oscura fría estándar (modelo (ΛCDM) predicen que los halos galácticos deberían tener una estructura mucho más «grumosa» de lo observado, contradiciendo la evidencia empírica. Pero la mayoría de observaciones de precisión se han llevado a cabo solamente en el Grupo Local, así que es posible que al estudiar otros conjuntos de galaxias esta discrepancia desaparezca o, al menos, se suavice. En este sentido, ARRAKIHS complementará los estudios en este campo del telescopio espacial Euclid, una misión mucho más cara y compleja, al obtener observaciones con un área mayor. El nombre de ARRAKIHS es un guiño a las propuestas anteriores de satélite para el estudio de la materia oscura, DUNE (Dark Universe Explorer), un telescopio espacial originalmente liderado por Francia, y DUNES (Dark matter Unveiled with Nanosatellite Exploration of Space), antecesora de ARRAKIHS.

Predicciones de estructura de los halos galácticos según modelos de materia oscura fría (izquierda) y templada (derecha) (ESA).
ARRAKIHS observará los halos y corrientes alrededor de galaxias de bajo brillo superficial para estudiar su estructura (D. Martinez-Delgado).

Para ello, ARRAKIHS utiliza elementos ya desarrollados para otras misiones espaciales, como Euclid y CHEOPS. Por ejemplo, los dos pares de telescopios emplearán la cámara binocular iSIM-170, que ya se ha usado previamente. Será lanzado por un cohete Vega-C o similar alrededor de 2031 y, una vez en órbita, transmitirá unos 11 GB de datos al día. El diseño de ARRAKIHS no se ha concretado todavía y actualmente está en la fase de definición. Tanto Airbus como OHB ya han suministrado posibles diseños para el satélite. Además de la participación española, ARRAKIHS cuenta con la colaboración de investigadores de Austria, Suiza, Reno Unido y Suecia, entre otros países. Sin duda, ARRAKIHS es una excelente noticia para la ciencia española y esperemos que sea la primera de muchas misiones científicas lideradas por España.

Organigrama de la misión (ESA).
Estructura del equipo científico de ARRAKIHS (ESA).

Referencias:

  • https://cosmos.esa.int/web/call-for-missions-2021/selection-of-f2
  • https://cosmos.esa.int/documents/7423467/7423486/ESA-F2-ARRAKIHS-Phase-2-PUBLIC-v0.9.2.pdf


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