Perfeccionando nuestro enfoque cósmico

Hace 30 años, el físico Tony Tyson se sentó en la sala de control del Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., situado en la cima de una montaña en Chile, en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo, un Programa de NOIRLab de NSF. En aquel momento, el telescopio Blanco era uno de los más grandes y avanzados del mundo.

Tyson y su equipo prestaban apoyo a los astrónomos que estudiaban galaxias y buscaban supernovas lejanas con una cámara que Tyson había ayudado a construir. Lo que el equipo de supernovas encontró fue inesperado: el Universo parecía expandirse más rápido de lo que predecía cualquier modelo. Al principio, no podían creerlo… pero a medida que llegaban más datos, se hizo innegable.

Esta observación fue uno de los primeros indicios de que algo estaba profundamente oculto a nuestra comprensión del Universo, una pista que más tarde conduciría al descubrimiento de lo que llamamos energía oscura, la fuerza detrás de la expansión acelerada del Universo.

Tyson señala que “el 95 % del Universo está hecho de algo que no entendemos. No tenemos ni idea de qué son la materia oscura y la energía oscura, lo cual me parece muy curioso. Significa que hay una nueva física a la vuelta de la esquina”, afirma.

Tyson y sus colaboradores, que planeaban utilizar el telescopio para mapear la materia oscura, ya estaban pensando en lo que podría venir más adelante.

“Nos preguntamos: ¿podríamos construir un telescopio más grande para recoger más luz y una cámara con más píxeles para mapear el Universo? Con el rápido avance de la potencia computacional para procesar la enorme cantidad de datos que generaría una instalación de este tipo, todo parecía posible”, recuerda Tyson.

Estas preguntas inspiraron la iniciativa por construir el nuevo observatorio, inicialmente llamado proyecto del Telescopio de Materia Oscura. La idea era ambiciosa: construir un telescopio mucho más grande con una cámara gigante capaz de escanear todo el cielo visible, llegando a descubrir miles de millones de galaxias en lugar de solo miles. Tyson presentó una propuesta de último minuto al Estudio Decenal de Astronomía y Astrofísica de la Academia Nacional de Ciencias del año 2000, una priorización de las ambiciones más grandes del área que se realiza una vez cada década.

“La propuesta hablaba principalmente de lentes gravitacionales, “espejismos cósmicos” y de mapear la materia oscura. Pero en la última página, incluía una imagen de un asteroide que amenazaba a la Tierra. Les encantó porque este nuevo telescopio haría mucho más que mapear la materia oscura”, agregó.

La comunidad lo recibió con entusiasmo y lo rebautizó primero como el Gran Telescopio de Exploración Sinóptica (LSST por sus siglas en inglés). En 2019, el Congreso de Estados Unidos rebautizó oficialmente el observatorio en honor a Vera C. Rubin, pionera en la investigación de la materia oscura. Se conservó el acrónimo LSST y se aplicó al nombre de la investigación, que ahora significa Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la posteridad (LSST por sus siglas en inglés).

El regreso a la escena del sueño

Tyson, ahora científico jefe de Rubin y profesor de la Universidad de California en Davis, ha sido la fuerza impulsora del proyecto. Como director fundador durante más de una década, encabezó los esfuerzos para conseguir financiamiento privado y federal, trabajando con aliados de la industria tecnológica y socios académicos, y un equipo cada vez mayor de científicos, ingenieros y técnicos para convertir esta visión en realidad.

Tony Tyson y otros colaboradores posan con el espejo primario de 8,4 metros del Observatorio Rubin. El espejo, que es uno de los componentes de un complejo sistema de tres espejos, tardó años en perfeccionarse y se fabricó a partir de una sola pieza de vidrio. El proceso implicó la colaboración con expertos e incluso un diseño CAD de la escuela secundaria del hijo del líder del proyecto, Christopher. Tras superar importantes desafíos de diseño, el espejo se elaboró, transportó e instaló con mucho cuidado en el observatorio, en Chile.

Credit: RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/T. Tyson

La característica que define al Observatorio Rubin es su capacidad para escanear rápidamente todo el cielo visible del hemisferio sur con una profundidad y velocidad sin precedentes. A diferencia de los observatorios tradicionales, que se centran en áreas estrechas, el telescopio de 8,4 metros de Rubin y su cámara de 3.200 megapíxeles capturarán imágenes de 10 grados cuadrados —un área del cielo equivalente a unas 45 lunas llenas— cada 40 segundos.

“Observaremos el cielo repetidamente durante 10 años”, dice Tyson, “se enviarán alertas en un lapso de dos minutos sobre cualquier cosa que se mueva o explote en el cielo”.

Esta velocidad sin precedentes permite la detección en tiempo real de eventos transitorios como supernovas, asteroides y otros fenómenos cósmicos.

El grupo Rubin decidió construir el observatorio en Cerro Pachón, a pocos kilómetros de donde Tyson imaginó el proyecto por primera vez, que se beneficiará de una mínima cobertura de nubes, bajos índices de contaminación lumínica y condiciones atmosféricas estables. El diseño único del telescopio permite cambiar su orientación —y por ende, el lugar en el cielo hacia dónde apunta—con una velocidad extremadamente rápida, lo que es esencial para Rubin, ya que permite al telescopio escanear de forma eficiente grandes secciones del cielo, capturar eventos transitorios y recopilar datos en tiempo real.

Hora de enfocarse

En el corazón de las innovadoras observaciones de Rubin se encuentra la cámara digital más grande de la historia, fabricada en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía de Estados Unidos. Tyson dijo que el grupo eligió a SLAC en parte debido a sus instalaciones de vanguardia, ingenieros calificados y trayectoria comprobada, pero el factor decisivo fue su equipo humano. Con líderes experimentados como Steve Kahn, que fue Director del proyecto de la Cámara LSST (y más tarde Director del Observatorio Rubin) y dirigió el trabajo inicial de la cámara, junto con la participación de ingenieros calificados y talentosos estudiantes, la experiencia y el compromiso del equipo fueron cruciales para el éxito de la construcción de la Cámara LSST.

Credit: RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/B. Quint

“Se necesitan todas esas cosas (instalaciones, científicos, ingenieros y experiencia), pero lo más importante es contar con personas que se comprometan a encargarse de la cámara. Al final, era obvio que SLAC sería el lugar adecuado para hacerlo”, afirma Tyson.

Una nueva física a la vuelta de la esquina

El observatorio abordará algunos de los mayores misterios del Universo, como la materia oscura y la energía oscura.

Tyson ve estas incógnitas como oportunidades para que Rubin descubra claves que podrían reescribir nuestra comprensión de la física. Mediante el uso de lentes gravitacionales débiles, Rubin mapeará la materia oscura con una precisión sin precedentes. Esta técnica mide la distorsión de la luz que sufren las galaxias distantes situadas en un segundo plano, debido a galaxias masivas ubicadas en primer plano, creando un “espejismo cósmico” que distorsiona sus formas y que los científicos utilizarán para “pesar” la materia oscura invisible que mantiene unidas a las galaxias. También rastrearán la velocidad a la que se expande el Universo, comprobando si esa velocidad varía con el tiempo.

Durante la próxima década, Rubin catalogará unos 17.000 millones de estrellas, 20.000 millones de galaxias y millones de fenómenos astronómicos, generando 60 petabytes de datos de imágenes en bruto. En total, se procesarán cientos de petabytes de datos, que incluirán simulaciones para probar modelos del Universo, todo ello gracias a los avances en la potencia de procesamiento de datos. Tras su estudio de diez años, el diseño flexible de Rubin podría adaptarse a nuevos instrumentos, ampliando su vida científica.

Credit: Ilustración de Sandbox Studio, Chicago with Thumy Phan for Symmetry Magazine

Los datos de Rubin complementarán a otros observatorios como el Telescopio Espacial Euclid y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, mejorando las mediciones con herramientas adicionales para investigar la historia de la expansión del Universo con mayor precisión. Más allá de la cosmología, sus rápidos escaneos catalogarán millones de supernovas, asteroides y otros objetos transitorios, proporcionando un censo dinámico y en tiempo real del cielo.

La política de datos de Rubin garantiza que una parte significativa de sus datos será accesible en algún momento por cualquier persona, no sólo astrónomos y físicos profesionales, lo que permitirá al público explorar el cosmos con un detalle sin precedentes.

Para Tyson, ahora que la construcción está casi terminada, la emoción radica en lo desconocido. Una tecnología más potente e instrumentos de vanguardia aumentan las posibilidades de descubrir algo nuevo e inesperado.

“Estoy impaciente por ver lo que otros pueden descubrir examinando los datos con nuevos ojos. Alguien, quizá un científico ciudadano, mirará los datos y verá algo que no encaja en ninguna categoría conocida, como un nuevo tipo de objeto cósmico, y eso podría conducir a un avance que cambie nuestra comprensión del Universo”, afirma.

Esta publicación fue traducida por Carolina Vargas.