El CEFCA participa en la primera misión de la Agencia Europea del Espacio liderada por España

El Comité del Programa de Ciencia de la Agencia Europea del Espacio (ESA, por sus siglas en inglés) ha aprobado oficialmente hoy la selección de la misión Arrakihs, que será la primera del Programa Científico de la ESA liderada desde España y cuyo lanzamiento está previsto en 2030. El objetivo de la misión, con importante participación del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (Cefca), es estudiar la materia oscura existente en el Universo.

El equipo investigador responsable de Arrakihs estará liderado por Rafael Guzmán, investigador del CSIC, miembro del Grupo de Cosmología Observacional e Instrumentación del Instituto de Física de Cantabria, IFCA, y profesor en la Universidad de Florida, el Cefca, la Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y el Centro de Astrobiología (CAB, INTA-CSIC), en colaboración con la empresa Satlantis.

En el desarrollo de la misión participa un consorcio internacional con centros de investigación de España, Suiza, Reino Unido, Bélgica, Suecia, Austria y Estados Unidos.

La misión Arrakihs (acrónimo de Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys fue presentada en febrero de este año a la convocatoria de programas de las Misiones-F (Fast Missions Oportunities), respondiendo al anuncio de oportunidad publicado por la ESA en diciembre de 2021. Posteriormente, en agosto, recibió el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación a través de su habilitación en el programa Prodex de la ESA, gestionado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI).

El principal objetivo científico de la misión es el estudio de la materia oscura del Universo que, de acuerdo con diferentes observables cosmológicos, podría ser hasta cinco veces más abundante que la materia ordinaria. Debido a sus propiedades, la detección directa de la materia oscura es muy compleja y, por ahora, solo somos conscientes de su existencia a través de sus efectos gravitatorios. Son precisamente estos efectos sobre las pequeñas galaxias satélites que orbitan en el halo de grandes galaxias como nuestra Vía Láctea los que Arrakihs podrá descubrir y caracterizar, contribuyendo a desvelar la distribución y naturaleza de la materia oscura.

Un hito astronómico

Para la misión, la empresa Satlantis ha diseñado y desarrollado una cámara binocular visible e infrarroja, denominada iSIM, que va a permitir obtener imágenes de cien galaxias similares a la Vía Láctea, llegando a un brillo superficial 5-100 veces más profundo que las mejores imágenes tomadas desde observatorios terrestres.

La profundidad, resolución y gran campo de las imágenes que proporcionará Arrakihs supondrán un hito astronómico y proporcionarán una información clave sobre el conocimiento de la materia oscura en el Universo.

A través de estas imágenes, y mediante novedosas metodologías de procesado de señal, se espera poder determinar si la naturaleza de la materia oscura es, como apuntan otras observaciones cosmológicas, del tipo frío, es decir, formada por partículas que se mueven a velocidades no-relativistas (se mueven a velocidades significativamente más pequeñas que la luz).

Este es un aspecto clave, ya que si bien el modelo de materia oscura fría parece ser el preferido por las observaciones cosmológicas a gran escala, algunas de sus propiedades a escalas pequeñas, del tamaño de los halos de galaxias, presentan cierta tensión con las observaciones actuales.

De esta forma, la sensibilidad y ultra-bajo brillo superficial que se espera obtener con Arrakihs permitirán confirmar o no las predicciones del modelo de materia oscura fría a escalas de los halos de galaxias, y a niveles de brillos superficiales aún inexplorados.

Contribución del Cefca

El Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón, Cefca, forma parte del equipo científico de la misión Arrakihs y lidera, junto con el Instituto Astrofísico de Andalucía, IAA, el grupo Payload Ground Tests (pruebas de la carga útil desde tierra).

En este sentido, Cefca coordinará la realización de pruebas de las cámaras iSIM, detectores y filtros de la misión desde el Observatorio Astrofísico de Javalambre, llevando a cabo las observaciones necesarias para la puesta a punto de los protocolos de operación que simulen el ritmo y condiciones de adquisición, gestión y tratamiento de datos que se darán en el espacio.

Estas observaciones permitirán la optimización tanto de la estrategia observacional, de operación y control de la cámara, como de los procedimientos de gestión, tratamiento y análisis de los datos producidos.

El Cefca participará, además, en la preparación de los objetivos y requerimientos científicos de la misión, así como en la explotación y análisis de los datos que ésta produzca.