La misión, en la que participa el CEFCA, ha superado con éxito una de las fases críticas y comienza a trabajar en el instrumento central para estudiar materia oscura.

La misión espacial ARRAKIHS de la Agencia Espacial Europea (ESA) (Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys) ha alcanzado un hito importante el pasado mes de marzo: ha superado con éxito la Revisión de los Requisitos Preliminares del Instrumento (iPRR), una fase que garantiza su continuación. Como resultado, la ESA ha aprobado la finalización de la Fase A de la Carga Útil de la misión, anunciando que está lista para comenzar la Fase B en mayo. La duración de la Fase A, de solo 6 meses, está en consonancia con el compromiso de la misión con el espíritu del programa de misión rápida de la ESA, avanzando eficientemente.

Esta Carga Útil es el cerebro de ARRAKIHS, un instrumento compuesto por dos cámaras visibles y dos cámaras infrarrojas, desarrolladas por la empresa española Satlantis, para obtener las imágenes profundas del Universo, necesarias para los objetivos científicos de la misión. Superar con éxito este iPRR es un paso muy importante que acerca la adopción de ARRAKIHS como la próxima misión de clase rápida en el Programa Científico (F2) de la ESA. Se espera que la decisión final sobre su adopción, se tome en el primer semestre de 2026. “ARRAKIHS es una misión muy bonita, está enfocada a un objetivo muy concreto, que es tratar de demostrar cuál es la naturaleza de la materia oscura mediante la obtención de unas imágenes muy profundas, en los halos de galaxias como la Vía Láctea”, explica Rafael Guzmán, líder del consorcio de la misión ARRAKIHS (AMC) y profesor de investigación en el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC), centro que lidera la misión espacial.

El rastro de la materia oscura

El objetivo de la misión ARRAKIHS es explorar el Universo para conocer la naturaleza de la materia oscura que lo compone. “Para explicar la estructura y dinámica de nuestro cosmos, ha sido necesario introducir un tipo de componente que no podemos observar directamente, pero que influye gravitacionalmente en el movimiento de estrellas y galaxias”, explica Guzmán. Se trata de la materia oscura, que, según la comunidad investigadora, constituye más del 80% de la materia del universo, y sus efectos pueden ser revelados por las características de las corrientes estelares, débiles rastros de estrellas que dejan las galaxias pequeñas que orbitan en el halo de galaxias grandes, como nuestra Vía Láctea, al destruirse por la interacción gravitatoria.

4 cámaras de alta precisión

Para analizar estos efectos, ARRAKIHS observará una muestra representativa de galaxias similares a la Vía Láctea, en el universo local, a niveles muy bajos de brillo superficial, nunca alcanzados en longitudes de onda visibles e infrarrojas. Para ello, utilizará cuatro cámaras de alta precisión a bordo de un satélite que orbitará la Tierra a unos 800 km de altitud.

"La finalización exitosa del iPRR marca un momento crucial para ARRAKIHS", afirma Santiago Serrano, líder del equipo de instrumentación en Satlantis e investigador en el Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). "Nuestro equipo ha demostrado una notable experiencia técnica y dedicación para avanzar en la misión en una etapa extraordinaria. Estamos entusiasmados de llevar la carga útil del instrumento a la Fase B”, sostiene. La aprobación del iPRR ha supuesto un intenso periodo de trabajo, que comenzó el pasado mes de octubre y finalizó a principios de marzo. Rafael Guzmán ha agradecido al equipo "el gran esfuerzo para superar esta fase en tan poco tiempo". Y ha destacado "el espectacular trabajo realizado por el equipo de instrumentación, liderado por Santiago Serrano, con el apoyo del equipo de Ciencia y Segmento Terreno del AMC, y la “eficaz coordinación de la oficina de proyecto de ARRAKIHS".

“Esta revisión es un paso crucial; significa que estamos preparados para las fases más detalladas y caras del desarrollo, aumentando las probabilidades de que toda la misión sea un éxito”, comenta Stefan Kögl, el Gestor de Proyecto del Instrumento de ARRAKIHS. “Nuestras emociones pasaron de la tensión concentrada en el paquete de datos, al alivio y orgullo al completar correctamente la entrega”, afirma.

Por su parte, el director del CEFCA, Javier Cenarro, afirma que “ARRAKIHS se ha convertido en uno de los proyectos estratégicos del centro, tanto desde el punto de vista de desarrollo tecnológico, en el que el CEFCA participa activamente, como desde el punto de vista científico, ya que los objetivos de la misión resultan totalmente complementarios a los cartografiados J-PAS y J-PLUS”. “En este sentido, la finalización con éxito de la Fase A”, sostiene, “supone un impulso importante para todo el Consorcio ARRAKIHS, y en particular para el CEFCA y su equipo de trabajo”.

Próximos pasos hacia 2030

El equipo de ARRAKIHS trabajará ahora durante dos años para lograr el objetivo de pasar con éxito la Fase B con la aprobación de la Revisión de Diseño Preliminar del Instrumento (iPDR) en la primera mitad de 2026. Este será el último de los distintos pasos para que en la decisión para que ARRAKIHS se adopte como la próxima misión de clase rápida en el Programa Científico (F2) de la ESA, cuya fecha estimada de lanzamiento es 2030.

“Antes de su lanzamiento, está prevista la instalación en el Observatorio Astrofísico de Javalambre de una réplica de la carga útil que se lanzará al espacio, el demostrador de tierra” afirma Antonio Marín-Franch, Subdirector del CEFCA y responsable del OAJ. “Se trata de de un telescopio binocular similar al que se lanzará al espacio y con el que se pretende verificar, caracterizar y optimizar tanto sus prestaciones como los protocolos de observación, trasiego de datos y análisis de los mismos con anterioridad al lanzamiento”, concluye.

El consorcio de la misión ARRAKIHS está liderado por España, con importantes contribuciones de Suiza, Bélgica, Suecia, Austria, Reino Unido y Portugal, y con contribuciones adicionales en ciencia de Holanda, Noruega, Estados Unidos, Taiwán y Tailandia. El consorcio incluye además empresas del sector aeroespacial, lideradas por la española Satlantis, responsable de la carga útil.

ARRAKIHS en España

“El origen de ARRAKIHS está en España. Nació como una idea de un grupo de astrofísicos españoles; pero éramos conscientes de que un proyecto de esta envergadura no podía llevarse a cabo sin la participación de más grupos y más países. La ilusión e implicación de todos los que trabajamos para ARRAKIHS en España es magnífica, y eso hace que la coordinación y gestión de estos grupos sea fácil”, comenta la Dra. M. Ángeles Gómez-Flechoso (UCM), coordinadora de los nodos españoles y responsable de la Survey Strategy (Estrategia de Rastreo) de ARRAKIHS.

El Consorcio ARRAKIHS

El consorcio de ARRAKIHS está liderado por el profesor Rafael Guzmán (Instituto de Física de Cantabria, IFCA-CSIC-UC), con colaboraciones de científicos de distintas instituciones, además del IFCA, el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE), la Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA), el Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). En la actualidad, el consorcio de ARRAKIHS incluye a más de 100 investigadores de más de 20 centros de investigación y universidades de los diferentes países mencionados anteriormente.

El CEFCA participa en ARRAKIHS liderando algunos de los grupos de trabajo del consorcio centrados en alcanzar varios de los objetivos de la misión. En particular, durante la segunda mitad de 2024 se instalará en el OAJ el demostrador de tierra de la ARRAKIHS. Además, el equipo del CEFCA es responsable de la implementación de los exigentes desarrollos de software de reducción, procesado y análisis de los datos de la misión.

“Los desarrollos de software necesarios para analizar y procesar los datos de la misión suponen un auténtico reto”, destaca Héctor Vázquez Ramió, responsable del Departamento de Procesado y Archivo de Datos del CEFCA. “La necesidad de detectar estructuras de ultra-bajo brillo superficial impone requerimientos tan exigentes a la pipeline de reducción de datos que resulta imprescindible desarrollar nuevas técnicas de tratamiento y análisis de imágenes”, concluye.

Para llevar a cabo estos desarrollos tecnológicos, el CEFCA cuenta con un equipo formado por ingenieros y científicos altamente especializados entre los se encuentran Mohammad Akhlaghi, Giacomo Lorenzetti y Héctor Vázquez Ramió, para el desarrollo del software de reducción de datos, y Axel Yanes, Sergio Rueda, Fernando Rueda, Guillermo López, Miguel Chioare Díaz y Antonio Marín Franch para el desarrollo y operación del demostrador de Tierra. El CEFCA participa además en la preparación de los objetivos científicos de ARRAKIHS. En particular, Helena Domínguez lidera el grupo para la detección y caracterización de estructuras de bajo brillo superficial de la misión, en el que también participan Raúl Infante y Jesús Vega, y en los próximos meses incorporará a David Martínez, experto en colas de marea y galaxias satélite.

Modelo de vuelo de la cámara binocular iSIM-170 en el módulo japonés KIBO de la ISS en 2020 (Créditos: Satlantis).

Imagen de corrientes estelares observadas desde observatorios terrestres (Créditos: David Martínez-Delgado/Giuseppe Donatiello).

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