L’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) participa en el desenvolupament de l’Observatori de la Xarxa de Telescopis de Txerenkov (CTAO) i en la concepció de telescopis de grans dimensions per explorar els fenòmens més extrems de l’univers. El 15 d’octubre de 2026 s’inaugura el subconjunt de quatre telescopis de grans dimensions (LST, per l’anglès large-sized telescope) que operaran a la seu de l’Observatori de la Xarxa de Telescopis de Txerenkov (CTAO) ubicada a l’illa de La Palma (CTAO-Nord). Impulsa aquesta infraestructura la Col·laboració LST del CTAO, el consorci internacional responsable de dissenyar, construir i explotar aquests telescopis de grans dimensions, una instal·lació de nova generació per avançar en l’astronomia de raigs gamma de molt alta energia i explorar els fenòmens més extrems i violents de l’univers.

L’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) ha participat en el desenvolupament del CTAO i en la concepció d’aquests quatre grans telescopis: quatre dels seus investigadors —Josep Maria Paredes, Marc Ribó, David Gascón i Pol Bordas— han pres part en la documentació del procés, des de la fase de disseny inicial fins al desenvolupament tecnològic i els objectius científics del projecte.

La inauguració dels quatre telescopis és una fita fonamental en el desenvolupament del CTAO, ja que suposa la finalització de la construcció de tots els telescopis de grans dimensions previstos per al CTAO-Nord. El primer telescopi, l’LST-1, ja s’havia inaugurat el 2018 i des de llavors havia estat en fase de proves a càrrec de la Col·laboració LST. A aquest se sumen ara tres nous telescopis de grans dimensions, que en el futur aniran acompanyats de telescopis de mida mitjana (MST, medium-sized telescopes).
El treball, però, no conclou amb aquesta fita. Els LST hauran de superar una exhaustiva fase de posada en marxa per part de la Col·laboració LST, abans de ser acceptats formalment per l’Organització Central del CTAO (CTAO ERIC) i iniciar l’operació i explotació de l’anomenada «ciència primerenca». Està previst que l’LST-1 sigui el primer a ser acceptat, durant el 2027, i apropi l’inici de la gran producció científica de l’Observatori.

El disseny i la construcció d’aquests telescopis els ha dut a terme la Col·laboració LST, que ha actuat com a contribuïdor en espècie (in-kind contributor) per al CTAO ERIC i ha complert requisits tècnics estrictes.

El paper clau de l’Estat espanyol en el projecte

L’Estat espanyol té un paper estratègic i fonamental en el CTAO: és, juntament amb el Japó, el país que més contribueix al desenvolupament dels LST, amb una aportació al projecte del 32 %. Això, juntament amb el fet de ser el país amfitrió del CTAO-Nord, dona un accés privilegiat a la comunitat científica espanyola al temps d’observació d’aquestes instal·lacions, i suposa un important pol d’atracció de talent i producció científica.

Amb el nom de CTAO-Espanya s’agrupa el conjunt d’institucions de l’Estat dedicades a les activitats de desenvolupament de maquinari, programari i ciència per a l’Observatori. Aquestes institucions, que es troben a Andalusia, les Canàries, Catalunya o Madrid, són:

• Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB)
• Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
• Centre de Recerques Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques - (CIEMAT)
• Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA-CSIC)
• Institut d’Astrofísica de les Canàries (IAC)
• Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC)
• Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)
• Universitat d’Alcalá (UAH)
• Universitat Complutense de Madrid (UCM)
• Universitat de Jaén (UJA)

A aquesta contribució cientificotecnològica dels equips espanyols dins de la Col·laboració LST, se suma el teixit empresarial. La indústria espanyola ha fabricat components fonamentals dels telescopis, com ara els sistemes de moviment, la mecànica de les càmeres i la infraestructura.

La cronologia del projecte i la participació espanyola

El catedràtic Josep Maria Paredes (ICCUB-IEEC) situa els inicis del projecte CTAO fa més de vint anys. La necessitat inicial era superar les limitacions de sensibilitat presents en instruments anteriors, com ara els telescopis Txerenkov H.E.S.S., MAGIC i VERITAS, i anteriorment, l’HEGRA.
Paredes explica: «L’experiència científica i tecnològica adquirida pels grups espanyols durant la participació en aquestes col·laboracions prèvies va servir com a base per a la seva aportació tècnica actual al CTAO i, en concret, al projecte LST. Albergar el CTAO-Nord a les Canàries assegura a la comunitat científica espanyola un 10 % del temps d’observació garantit, un factor que permetrà executar projectes propis i funcionarà com a motivació per a les noves generacions d’investigadors».

De col·laboracions internacionals a un observatori obert

El catedràtic Marc Ribó (ICCUB-IEEC) va participar en la primera reunió de casos científics per al CTAO el 2006 i ha liderat formalment la contribució de l’ICCUB a el CTAO des del 2010. El CTAO representa un canvi de paradigma, ja que a diferència dels instruments anteriors en el mateix rang d’energia, funcionarà com un observatori obert a la comunitat científica.
Ribó explica: «Els telescopis Txerenkov anteriors són utilitzats en el context de grans col·laboracions internacionals que han funcionat de manera relativament tancada a la resta de la comunitat científica. La gran quantitat de casos científics que permetrà estudiar el CTAO, així com la gran inversió econòmica requerida, han fet que el CTAO hagi estat concebut com un observatori obert a la comunitat científica internacional. Tot i que hi haurà observacions de casos científics estratègics dutes a terme pel Consorci CTAO, també hi haurà multitud de projectes liderats per equips independents, que probablement abordaran l’estudi de casos científics no explorats fins ara».

Desenvolupament tecnològic: electrònica i sistema de filtratge de dades

David Gascón, director de la Unitat Tecnològica de l’ICCUB i membre de l’IEEC, treballa a l’àrea d’enginyeria de l’LST des de l’any 2008. El seu treball i el seu equip s’han centrat en el disseny de components específics per a les càmeres dels telescopis, incloent-hi tres circuits integrats desenvolupats per mesurar senyals de fotons a alta velocitat.
En col·laboració amb altres institucions espanyoles, l’equip va participar en el desenvolupament del sistema de filtratge de dades. Aquest sistema electrònic opera en temps real analitzant milions d’imatges per segon per filtrar la informació espúria o de fons (com la lluminositat ambiental o altres estrelles) i buscar els patrons corresponents als raigs gamma. Com explica Gascón, aquesta electrònica és l’element que permet aïllar i identificar els senyals d’interès en fraccions de nanosegon.

Objectius científics: estudiar esdeveniments transitoris

L’investigador Pol Bordas (ICCUB-IEEC) detalla els objectius físics darrere del funcionament d’aquests telescopis. Bordas descriu com els LST utilitzen l’atmosfera terrestre com a part del detector: quan els fotons d’alta energia impacten a l’atmosfera, generen cascades de partícules en què es produeix la llum Txerenkov, una llum molt ràpida i blavosa que capturen els telescopis a terra.
Els LST, equipats amb miralls de 23 metres de diàmetre, estan dissenyats per captar aquestes emissions al rang d’energia més baix de l’Observatori. Aquesta capacitat es destinarà a estudiar fenòmens transitoris, definits com a esdeveniments ràpids i no necessàriament periòdics. Entre els objectes d’estudi que esmenta l’investigador hi ha els esclats de raigs gamma (gamma ray bursts o GRB), els esclats ràpids de ràdio (fast radio bursts) o la possible contrapartida electromagnètica en raigs gamma associada a les ones gravitacionals.

«La futura entrada en operació dels LST com a part del CTAO servirà tant per confirmar prediccions físiques actuals com per, possiblement, detectar nous esdeveniments astrofísics no documentats fins ara», detalla Bordas.

Sobre el CTAO

El CTAO serà l’observatori d’astronomia de raigs gamma més gran i potent del món. La seva precisió sense precedents i el seu ampli rang d’energia (de 20 GeV a 300 TeV) ajudaran a respondre algunes de les preguntes més emocionants de l’astrofísica, les quals es divideixen en tres grans àrees temàtiques: comprendre l’origen i el paper de les partícules còsmiques relativistes; investigar entorns extrems, com ara els forats negres o les estrelles de neutrons, i explorar les fronteres de la física a la recerca de matèria fosca o de desviacions de la teoria de la relativitat d’Einstein. A més, gràcies al seu rendiment millorat, en les properes dècades el CTAO exercirà un paper clau en els camps de l’astronomia multimissatger i multiona, cosa que li permetrà proporcionar informació fonamental sobre els raigs gamma en els escenaris més extrems.

Per cobrir el seu ampli rang d’energia, el CTAO utilitzarà tres tipus de telescopis: els de grans dimensions (LST), els de mida mitjana (MST) i els de mida petita (SST). Més de seixanta telescopis es distribuiran entre dues seus (xarxes de telescopis): CTAO-Nord, a l’hemisferi nord, ubicat a l’Observatori del Roc dels Nois de l’Institut d’Astrofísica de les Canàries (IAC), a La Palma, i CTAO-Sud, a l’hemisferi sud, a l’Observatori Paranal de l’Observatori Europeu Austral (ESO), al desert d’Atacama (Xile). La seu central del CTAO l’allotgen l’Institut Nacional d’Astrofísica (INAF) italià, ubicat a Bolonya, i el Centre de Gestió de Dades Científiques (SDMC), amb seu al campus del Sincrotró Alemany d’Electrons (DESY), a Zeuthen.

El CTAO és un projecte de dades massives. Generarà centenars de petabytes (PB) de dades a l’any (aproximadament 12 PB després de la compressió). Basat en el seu compromís amb la ciència oberta, el CTAO serà el primer observatori de raigs gamma terrestre que operarà com un observatori obert i impulsat per propostes de recerca, que proporcionarà accés públic a les dades científiques d’alt nivell i productes de programari.

L’Organització Central del CTAO es fa càrrec de la construcció i operació de l’Observatori. És la responsable de gestionar les quatre seus del CTAO (la seu central a Bolonya, el SDMC a Zeuthen i les dues xarxes de telescopis a La Palma i Atacama) i treballa en estreta cooperació amb grups socis d’arreu del món per al desenvolupament de l’Observatori. Els principals socis inclouen les Col·laboracions de Contribucions en Espècie (IKC, per les sigles en anglès), que estan desenvolupant maquinari i programari essencials, a més del Consorci CTAO, un grup internacional d’investigadors que treballa en l’explotació científica de l’Observatori. Entre les IKC hi ha la Col·laboració LST del CTAO, encarregada de desenvolupar els LST.

Els membres del CTAO ERIC són Alemanya, Àustria, Croàcia, Eslovènia, Espanya, França, Itàlia, l’Observatori Europeu Austral, Polònia, la República Txeca i Suïssa. Els Països Baixos formen també part del CTAO ERIC com a observadors. Altres països —Austràlia, el Brasil, els Estats Units, el Japó i Sud-àfrica— en són socis estratègics o terceres parts.

Sobre els LST

Els LST són un dels tres tipus de telescopis que el CTAO utilitzarà per cobrir el seu ampli rang d’energia, de 20 GeV a 300 TeV. Quan els raigs gamma interactuen amb l’atmosfera terrestre, generen cascades de partícules que produeixen llum Txerenkov. Atès que els raigs gamma de menys energia creen quantitats molt petites d’aquesta llum, calen telescopis amb grans àrees de recol·lecció per detectar-la. L’LST, amb el reflector de 23 metres de diàmetre, proporcionarà la sensibilitat única del CTAO en el rang de baixa energia (entre 20 i 150 GeV).
Malgrat els 45 metres d’altura i les 100 tones de pes, cada LST es pot reposicionar en menys de vint segons perquè apunti a qualsevol punt del cel. Tant aquest ràpid reposicionament com el baix llindar d’energia dels LST són fonamentals per als estudis del CTAO sobre fenòmens transitoris galàctics, nuclis galàctics actius d’alt desplaçament cap al vermell i esclats de raigs gamma.
La Col·laboració LST del CTAO és responsable de dissenyar i construir aquests telescopis. Està formada per més de cinc-cents científics i enginyers de 25 institucions d’onze països: Alemanya, el Brasil, Bulgària, Croàcia, Espanya, França, Itàlia, el Japó, Polònia, la República Txeca i Suïssa.

La Col·laboració LST avança ràpidament a la seu de CTAO-Nord, a La Palma. El 2018, el prototip de l’LST, l’LST-1, va ser inaugurat i ha estat en fase de posada en marxa des de llavors. El 15 d’octubre de 2026, el subconjunt de quatre LST serà inaugurat a La Palma per part de la Col·laboració LST, posant fi a la construcció d’aquests telescopis a CTAO-Nord.