En verano de 2023 presentábamos nuestra entonces flamante segunda acreditación como centro de excelencia Severo Ochoa, que cubre el periodo 2023-2026. Y esbozábamos las líneas maestras y las acciones iniciales llevadas a cabo durante los primeros seis meses de la nueva acreditación. 

Desde entonces, y hasta hoy, seguimos implementando nuestro plan estratégico, donde destacan la incorporación de talento pre y postdoctoral, varios programas de formación, las visitas y coloquios y el plan transversal de género. Quisiera destacar especialmente, entre las actividades formativas, la celebración de las escuelas avanzadas “IAA-CSIC Severo Ochoa SKA Open Science School” e  “IAA-CSIC Severo Ochoa Advanced School on Star Formation”. 

En octubre de 2023 lideramos la organización de la séptima edición del evento de comunicación de la Alianza SOMMa (Alianza de Centros Severo Ochoa y Unidades de Excelencia Maria de Maeztu), el 100xciencia.7, “Siete preguntas para cambiar el mundo; el estado del arte de la ciencia del futuro”. El contenido de dicho evento se articuló alrededor de siete preguntas: ¿cómo de habitable será la Tierra?, ¿cuánto tiempo viviremos?, ¿cómo alimentamos a 10.000 millones de personas?, ¿qué tecnologías marcarán nuestra sociedad del futuro?, ¿cómo evolucionará nuestra sociedad?, ¿cuáles serán las fuentes de energía del futuro?, ¿qué nos deparará el Cosmos?  Siendo la línea vertebradora la ciencia que tendremos en una o dos décadas, el “state of the art” de la ciencia del futuro. La parte de “art” fue importante, ya que el evento estuvo salpicado con actuaciones musicales: un pianista clásico, un trío de música tradicional china y un grupo de pop acústico nos recordaron que hay otras formas de conocimiento más allá de la ciencia.

Al comienzo del primer año de nuestra segunda acreditación hemos incorporado a cuatro investigadores postdoctorales y un ingeniero, cuyas contribuciones son fundamentales para fortalecer las dos líneas científicas y la línea transversal tecnológico-instrumental de nuestro proyecto estratégico. Sus trabajos abarcan los cuerpos menores del sistema solar, los signos de vida en exoatmósferas (desde las de los sub-Neptunos a las de los mundos similares a la Tierra),  la población de galaxias del cartografiado J-PAS y sus poblaciones estelares, la evolución de galaxias en entornos extremos con MeerKAT (precursor de SKA), y la contribución instrumental del IAA al instrumento de segunda generación para el ELT, MOSAIC. 

El objetivo último del programa de Excelencia Severo Ochoa es atraer y alimentar el talento científico y promover una investigación excelente internacionalmente. El nuevo proyecto Severo Ochoa del IAA-CSIC es, sin duda, una herramienta fundamental para atraer y retener a estas personas de talento joven e internacional e integrarlas en todas las facetas de nuestra investigación.
 

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Álvaro Álvarez Candal
Cuerpos menores del sistema solar
 

Segundo Severo Ochoa del IAA y ahora estoy buscando nuevas palabras para lo que ya he contado, mientras pienso que las segundas partes sí que son buenas, y a veces incluso mejores que las primeras. Esta vez parto con la base de lo que realicé durante mi etapa en el primer programa SO y ahora podré llegar aún más allá (aunque sea un pelín). 

En esta segunda parte mi proyecto me lleva a seguir en la línea del estudio de los cuerpos menores del sistema solar, pero esta vez pensando en ellos como trazadores de su evolución, del sistema solar, se entiende, e incluso ir un pasito más allá e intentar ver cómo lo que aprenderemos aquí puede sernos útil para entender otros sistemas planetarios, por ejemplo, los que podrían ser descubiertos por la misión PLATO de la ESA alrededor de estrellas similares al Sol. 

Quizás lo más complicado del asunto es hacerse a la idea de que unos trozos de rocas e hielos de no más de unos dos mil y pico kilómetros (vamos, la distancia desde Granada hasta Berlín) contienen información sobre lo que pasó durante la formación del sistema solar, pero ¡ahí está la clave de todo esto! Al ser tan pequeños, el calor que reunieron durante su formación se disipa muy rápido, evitando un grado de modificación del que no pudieron escapar los planetas. Por eso, si queda algo de material más o menos parecido al original del que se formó nuestro sistema planetario, estará escondido bajo las superficies de los pequeños cuerpos. Además, estos estuvieron presentes durante todas las etapas de evolución dinámica, siguiendo la música que el Sol y los planetas les marcaban: un corte y una quebrada al ritmo del 2x4 de las perturbaciones planetarias.  

Pero dejando el tango primordial y volviendo a la ciencia: el proyecto que llevo adelante involucra en gran parte la búsqueda de datos, lo que no es complejo ya que estos son, en buena medida, públicos, proviniendo de grandes cartografiados del cielo. Sin embargo, el trabajo, en muchos casos, parece de hormiguita: la minería de los datos lleva bastante tiempo, especialmente por la falta de homogeneidad en las bases de datos, que dificulta el cruce entre ellas. Aún así, una vez completada esta parte, es muy satisfactorio saber que poseemos un conjunto de datos de lo más completo que se puede encontrar, con observaciones de pequeños cuerpos en múltiples longitudes de onda (desde el visible hasta el infrarrojo próximo) de las que hacer uso.

Entre los resultados que he obtenido, quizás el que destacaría es haber encontrado que los espectros fotométricos de los pequeños cuerpos se comportan de manera menos predecible de lo que pensábamos. Se pensaba que los espectros tendían a enrojecerse con el incremento del ángulo de fase (que es la distancia angular entre el Sol y la Tierra vista desde el pequeño cuerpo, un asteroide, por ejemplo). El espectro al que me refiero no es un espectro similar al de una estrella o una galaxia. En el rango espectral del visible e infrarrojo próximo los pequeños cuerpos principalmente reflejan la luz del Sol, pero la interacción a nivel de la superficie de los objetos hace que parte de la luz sea refractada por las partículas que componen la superficie antes de que esta luz sea dispersada en dirección a la Tierra. Por eso trabajamos con espectros de reflexión. 

El resultado que obtuve muestra que tanto puede haber enrojecimiento como un desplazamiento al azul y, para más inri, que pueden aparecer ambos comportamientos para intervalos de ángulo de fase diferentes. Esto hace que tengamos que repensar un poco la distribución de propiedades espectroscópicas en el sistema solar antes de arriesgarnos a pensar en cómo evolucionó este. Es en esta etapa en la que me encuentro ahora.

Quizás en una tercera entrega ya pueda contarles lo que le pasó al sistema solar… ¡Espero que lleguemos ahí!
 

Ilustración artística del cinturón de asteroides, la región situada entre las órbitas de Marte y Júpiter donde más cuerpos menores se concentran. Créditos: NASA / JPL-Caltech

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Alejandro Sánchez López
Descifrando las atmósferas de exoplanetas: de los sub-Neptunos a la búsqueda de vida
 

Desde pequeño, me fascina la idea de otros mundos orbitando estrellas lejanas. La posibilidad de que, en algún lugar, a años luz de distancia, existan otros planetas con mares, montañas e incluso formas de vida siempre ha encendido mi imaginación. Lo que nunca lograba imaginar es que algún día me dedicaría de verdad a buscarlos profesionalmente y, más aún, a intentar desvelar los secretos de sus atmósferas. Actualmente, mi investigación se centra en planetas fuera del Sistema Solar, los llamados exoplanetas.

Llevábamos décadas pensando (por un buen motivo) que el sistema solar era un prototipo de sistema planetario. Que otros sistemas solares se parecerían a él. Nuestra galaxia, no obstante, nos ha enseñado todo lo contrario, que las estrellas hospedan sistemas planetarios extremadamente diversos: desde júpiteres calientes (gigantes gaseosos que orbitan tan cerca de sus estrellas que sus atmósferas se expanden y escapan al espacio) hasta planetas rocosos algo más grandes que la Tierra, las llamadas súper-Tierras. 

De todos los descubrimientos, hay uno que me parece especialmente interesante: el tipo de exoplaneta más común en nuestra galaxia es un planeta intermedio entre la Tierra y Neptuno. Los llamamos sub-Neptunos y, en un giro inesperado, resulta que nuestro sistema solar no tiene ni un solo representante de esta categoría. Es decir, nuestro hogar cósmico no solo no es típico, sino que ni siquiera contiene ejemplos de los planetas más abundantes de la Vía Láctea. Casi nada.

Los sub-Neptunos son verdaderamente desconocidos para nosotros: no sabemos si son mundos completamente cubiertos de océanos bajo densas atmósferas de hidrógeno o si son mini-gigantes gaseosos, valga la paradoja. Esta incertidumbre los convierte en uno de los objetivos más fascinantes de la astronomía moderna, porque cualquier hallazgo que hagamos podría revolucionar lo que entendemos sobre la formación de planetas… y sobre la posibilidad de que estos sean habitables (aunque quizá no para la especie humana). 

Afortunadamente, podemos investigar de qué están hechas las atmósferas de esos exoplanetas y esto nos da pistas sobre su historia, desde las condiciones de formación hasta cómo ha sido su evolución. Y aquí es donde viene la parte más fascinante: la vida interactúa con la atmósfera de maneras no triviales. La vida es, al fin y al cabo, la causante de que haya cerca de un 21% de oxígeno en la atmósfera terrestre. Estudiar atmósferas de exoplanetas potencialmente habitables nos puede dar evidencia de la existencia de vida extraterrestre.

A mi llegada al Instituto de Astrofísica de Andalucía en 2015, comencé a desarrollar nuevas técnicas para estudiar las atmósferas de exoplanetas. Con el espectrógrafo CARMENES, uno de los instrumentos más avanzados del mundo para este tipo de investigaciones, logramos realizar las primeras detecciones de vapor de agua en exoplanetas a alta resolución. Este fue un hito importante: por primera vez, podíamos analizar la composición de estos mundos con una claridad nunca antes vista.

Pero mi trabajo, desde Granada hasta Leiden (Países Bajos), no se ha limitado solo a la observación. En este campo, cuando observamos desde observatorios terrestres, buscamos débiles señales atmosféricas de exoplanetas… ¡teniendo nuestra propia atmósfera sobre nuestras cabezas! El ruido generado por la atmósfera terrestre es dominante en nuestros datos, por lo que he dedicado años a perfeccionar los métodos que usamos para desentrañar lo que hay enterrado. A través del contrato Severo Ochoa, tengo la apasionante oportunidad de estudiar los entresijos de las técnicas que la comunidad emplea, para entender lo mejor posible cómo distinguir una señal real del ruido terrestre. Es, en cierto modo, como aprender a escuchar el pájaro piando en medio de una tormenta: las técnicas correctas nos permiten separar el canto del exoplaneta dentro del estruendo de nuestra atmósfera.

En definitiva, estamos al borde de una revolución en el estudio de atmósferas de exoplanetas. Por primera vez en la historia tenemos la tecnología y el conocimiento necesario para estudiar planetas exóticos que pueden albergar vida. La respuesta a la pregunta que nos acompaña desde hace siglos, “¿estamos solos?”, está a la vuelta de la esquina. 

Desde el IAA les invitamos a mirar al cielo y compartir con nosotros esa ilusión. Los mundos que estamos descubriendo no solo nos enseñan más sobre el universo, sino también sobre nuestro lugar en él.
 

Ilustración del posible aspecto del exoplaneta TOI-421 b, un sub-Neptuno caliente que orbita alrededor de una estrella similar al Sol situada a unos 244 años luz de la Tierra. Se cree que TOI-421 b posee una atmósfera clara, sin brumas ni nubes. Créditos: NASA, ESA, CSA y D. Player (STScI)

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Luis Alberto Díaz García
Explorando el contenido estelar de las galaxias a través de J-PAS

Desde que somos muy pequeños todos nos hemos visto atraídos alguna vez por esos puntos brillantes del cielo. La mayor parte de ellos son estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero si observamos un poco más allá con un pequeño telescopio veríamos que existe una inmensidad de objetos brillantes denominados galaxias como en la que residimos. Picado por la curiosidad desde pequeño, me adentré en la aventura de desentrañar estos objetos celestes y para ello comencé por estudiar una licenciatura en Física en mi Salamanca natal y que, sin yo saberlo, me llevaría por los sitios más variopintos que podría yo imaginarme. 

Mis primeros pasos en la astronomía comenzaron, como muchos otros, en las islas Canarias, que es donde me mudé para estudiar el máster que me abrió las puertas para comenzar mi doctorado en el Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA, Teruel). Durante el desarrollo de mi tesis doctoral empecé a formar parte de la colaboración de J-PAS (Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey), que es un cartografiado del cielo que se realiza con un sistema fotométrico único compuesto de 56 filtros de banda estrecha en el óptico con el que esperamos observar más de 8000 grados cuadrados del cielo.

Entre los muchos temas a estudiar dentro de J-PAS, uno de ellos se ocupa del estudio de las galaxias, es decir, de esos objetos brillantes que tanto nos atraían. La luz procedente de las galaxias es debida en su mayoría a sus estrellas y el análisis de esta luz es lo que nos permite determinar los diversos tipos y familias de estrellas que las componen, lo que solemos llamar poblaciones estelares. Durante una gran parte de mi carrera científica me he dedicado a desentrañar y estudiar las poblaciones estelares de galaxias con datos fotométricos como los de J-PAS. Esto nos sirve en primera instancia para determinar cómo varían los tipos de estrellas en función de los parámetros o características de cada galaxia (por ejemplo, en función de su tamaño, masa, morfología, etc.); y por otro lado, para sentar las bases de cómo se ha producido la formación y evolución de las galaxias con el paso del tiempo y cómo han llegado a ser tal y como las observamos hoy en día.

Gracias al proyecto Severo Ochoa (SO) pude retornar a España tras una estancia postdoctoral en Taiwán para continuar con mis investigaciones en el estudio de las poblaciones estelares de galaxias desde un centro de investigación de vanguardia como lo es el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). 

Con la financiación del SO y J-PAS seremos capaces de desenmascarar el contenido estelar de una muestra inmensa de galaxias desde épocas muy tempranas en el universo. Entre otras muchas cosas, nos permitirá determinar cómo las galaxias se van ensamblando o construyendo y cómo evoluciona la formación estelar dentro de estas mismas. Gracias a esta valiosa información, esperamos aportar pistas de cuáles son los mecanismos responsables para el cese de formación estelar, porque sí, ¡existe un mecanismo que impide que las galaxias puedan seguir formando estrellas! Así mismo, y gracias a las características de J-PAS, otro de nuestros objetivos consiste en determinar cómo las interacciones entre galaxias afectan a su evolución, de forma directa por medio de fusiones (el llamado “canibalismo galáctico”) o de forma más indirecta por las interacciones gravitatorias entre los “vecinos galácticos” más próximos en cúmulos de galaxias, es decir, en zonas del espacio donde existe un gran número de galaxias agrupadas. 

Trataremos de abordar todos estos temas por medio del estudio de sus poblaciones estelares, los cuáles a su vez servirán de punto de apoyo para otros grupos en la colaboración de J-PAS como los grupos de cosmología, cúmulos de galaxias, validación y calibración de datos, evolución de galaxias, etc. que por tanto se verán también beneficiados de forma indirecta por el proyecto SO.
 

Galaxia del triángulo (M33),  junto con su espectro y fotometría integrada para el sistema fotométrico de J-PAS. Créditos: CEFCA y Spectral library of galaxies, clusters, and stars (Santos, 2002)

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Amidou Sorgho
El estudio de la evolución de galaxias en entornos extremos

Mi afición por la Astronomía comenzó durante mis estudios universitarios, cuando tuve una asignatura sobre astronomía extragaláctica en mi universidad, en el país africano occidental de Burkina Faso. Tras obtener un máster en Física Aplicada con una tesis sobre Astronomía, me aceptaron en el prestigioso programa NASSP de la Universidad de Ciudad del Cabo (Sudáfrica), donde cursé un máster en Astrofísica. 

Durante estos estudios, investigué la distribución y la cinemática del gas atómico neutro en las galaxias del cúmulo de Virgo. Posteriormente comencé un programa de doctorado, en el que utilicé datos de HI (hidrógeno neutro) de alta sensibilidad para cartografiar el HI débil en galaxias cercanas de tipo tardío del cercano grupo M81. Estas observaciones permitieron, por primera vez, cartografiar con suficiente resolución toda la extensión de un brazo de HI que conecta el grupo M81 con una galaxia enana, y resolver las nubes de HI adyacentes al brazo. Este estudio estuvo motivado en parte por la llegada del proyecto Square Kilometre Array (SKA) y pretendía contribuir a la preparación científica de este. Tras mi doctorado, pasé un año en la Oficina de Astronomía para el Desarrollo de la UAI como research fellow, donde investigué cómo las instalaciones astronómicas pueden utilizarse de forma óptima para incidir en el desarrollo socioeconómico de las zonas rurales. Esta enriquecedora experiencia me permitió contemplar la astronomía desde una óptica diferente, centrada en aprovechar el aspecto cautivador de la ciencia para abordar los retos del desarrollo.

Tras completar mi proyecto en la oficina de la IAU, me trasladé a Granada con un contrato postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Dentro del IAA, me uní al grupo de investigación AMIGA, que lidera las actividades del SKA en España, realiza estudios únicos de gases atómicos como parte del proyecto AMIGA, y está fuertemente comprometido con la ciencia abierta y la inclusión.

Mi línea de investigación en el IAA abarca diversos temas relacionados con galaxias, desde las extremadamente aisladas hasta las que residen en grupos densamente poblados. Las galaxias que “viven solas” suelen tener una cantidad importante de gas atómico, el “combustible” a partir del cual forman estrellas. Sin embargo, cuando se unen a sus homólogas en entornos densos, se ven despojadas de él, dejan progresivamente de formar estrellas y cambian paulatinamente de aspecto y color. Varios mecanismos son responsables de esta transformación, todos ellos relacionados con la densidad del entorno.

Parte de mi investigación consiste en comprender las diferencias intrínsecas en la cinemática de las galaxias en regiones aisladas frente a las que conviven con vecinas. Por ejemplo, mediante una cuidadosa selección de galaxias en distintos entornos y un meticuloso estudio cinemático, hemos descubierto que las aisladas poseen una mayor cantidad de momento angular que sus homólogas no aisladas. Esto implica que cuando las galaxias entran en interacción con su vecina o con su entorno, tienden a perder su capacidad de girar y, por tanto, es probable que roten más despacio.

Un tipo de entorno extremo se encuentra en los Grupos Compactos de Hickson (HCG), una colección de cuatro a diez galaxias en una configuración compacta que exhibe densidades tan altas como en los centros de los cúmulos de galaxias. A lo largo de su evolución, las galaxias miembros de estos grupos expulsan parte de su gas atómico al medio intragrupo, formando una gran envoltura y/o una colección de puentes y colas. Además, en una escala de tiempo relativamente corta, el grueso del gas se disipa, transformando el grupo en una colección de galaxias (en su mayoría) viejas carentes de gas. Aún no está claro cómo se produce esta transformación ni qué mecanismos son responsables del consumo/pérdida de gas.

Gracias al telescopio sudafricano MeerKAT, precursor del telescopio SKA, hemos obtenido datos profundos y de alta resolución de la línea de hidrógeno neutro (HI) de una muestra de seis HCG que cubren las fases intermedia y tardía de su secuencia evolutiva. Con miembros del equipo de AMIGA, dirijo una investigación para desvelar la imagen completa de los efectos de la rápida transformación de las HCG en el contenido de gas de las galaxias en sus entornos a gran escala. Una vez completado, el estudio nos permitirá comprender mejor qué ocurre con el gas atómico cuando los HCG evolucionan hacia la última etapa de su vida. Y, más allá de estos resultados, este estudio representa una oportunidad para que el IAA contribuya a la preparación científica del proyecto global SKA.
 

Imagen nocturna compuesta del SKAO que combina todos los radiointerferómetros en Sudáfrica y Australia. Crédito: SKAO, ICRAR, SARAO

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Sergio Rodríguez Venzal
Instrumentación terrestre en el Instituto de Astrofísica de Andalucía

Hace algo más de cuatro años comencé mi andadura como graduado en ingeniería electrónica en el Instituto de Astrofísica de Andalucía gracias a los fondos provenientes del programa de excelencia Severo Ochoa. Unos meses después escribí un artículo en esta misma revista explicando el proyecto para el cual se me contrataba (MOSAIC) y mi motivación personal al enfrentarme a esta etapa. A día de hoy, continúa mi participación en el proyecto MOSAIC con la misma ilusión que al principio y, además, puedo presumir de estar trabajando en TARSIS y PACOO, dos proyectos más dentro de la Unidad de Desarrollo Instrumental y Tecnológico (UDIT) del IAA. 

El proyecto MOSAIC consiste en un espectrógrafo multiobjeto que trabaja tanto en el espectro visible como en el infrarrojo cercano y que hará uso de varios modos distintos de observación  para proporcionar una herramienta potente y diversa a los científicos. Este espectrógrafo se instalará en el Extremely Large Telescope (ELT) que será, una vez terminado, el mayor telescopio  óptico e infrarrojo construido. La combinación de ambos (MOSAIC y ELT) junto con las teorías y  el ingenio de los científicos promete dar como resultados grandes avances en múltiples campos de la astrofísica, tales como el estudio de las primeras galaxias, el estudio de la composición de  las galaxias más lejanas o estudios en arqueología de galaxias, entre otros. 

En estos cuatro últimos años, desde el IAA hemos estado trabajando en distintos prototipos del sistema de control de motores en criogenia de MOSAIC. Hemos desarrollado un total de cinco prototipos que simulan distintas casuísticas de movimientos de motores, tanto a temperatura  ambiente como en criogenia. Los primeros prototipos (a temperatura ambiente) estaban  pensados para familiarizarnos con los sistemas de control usados y con algunas de las peculiaridades de los motores que vamos a utilizar, mientras que los últimos prototipos han consistido en diseñar y construir mecanismos motorizados básicos que han sido instalados  dentro de nuestro criostato. Estos prototipos han sido sometidos a una serie de campañas de  pruebas que nos han servido para entender mejor el funcionamiento de los motores en  ambientes extremos y cómo podemos afectar a dicho funcionamiento a través de nuestros aparatos de control. 

Desde hace algo menos de dos años trabajo también en los proyectos de TARSIS y PACOO. El primero consiste en un espectrógrafo de cuatro brazos (tres trabajando en el azul y uno en el rojo) que pretende obtener un gran campo de visión fruto de la suma del campo de cada brazo, a la vez que busca cubrir un amplio espectro de luz (desde el ultravioleta hasta el rojo). El  principal objetivo de TARSIS, que será instalado en el telescopio de 3.5m del observatorio de  Calar Alto, es hacer un estudio de 16 cúmulos de galaxias preseleccionados que proporcione espectros completos de todas las galaxias detectables de cada cúmulo. 

Por su parte, PACOO es un proyecto interno de la UDIT, a través del cual nos hemos propuesto implementar un sistema de control de temperatura para nuestro criostato. En la actualidad, el criostato instalado en la sala limpia de la UDIT trabaja únicamente a la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido (unos 77K o -195.8ºC). Gracias al uso de calentadores y un sistema de control que estamos diseñando, planeamos poder hacer pruebas a diversas temperaturas por encima de este valor, lo que nos permitirá adaptarnos mejor a las necesidades de cada proyecto. PACOO también nos permitirá calentar de manera activa el criostato una vez terminado el trabajo que se esté realizando en su interior. De esta forma, podremos reducir en varios días el tiempo que se tarda en sacar un prototipo del criostato, agilizando sustancialmente el proceso de prueba y rediseño de los mismos. 

Estos últimos años han supuesto para mí un gran enriquecimiento tanto personal como profesional, aumentando mi conocimiento en varios campos de trabajo e iniciándome en otros  nuevos. El futuro promete ser intenso, ya que los proyectos en los que participo avanzan cada vez más rápido según se acercan sus fechas de entrega, pero espero poder disfrutar de los próximos años de mi contrato Severo Ochoa tanto como de los anteriores.

Representación artística del Extremely Large Telescope en funcionamiento en Cerro Armazones, en el norte de Chile. El telescopio utiliza rayos láser para crear estrellas artificiales en la atmósfera. Crédito: ESO/L. Calçada