La astronomía siempre ha utilizado los fotones de la luz para conseguir información sobre el Universo, pero capturar estos fotones ya no es la única técnica que los científicos utilizan para estudiar los fenómenos astronómicos. Las partículas subatómicas, como los neutrinos, los rayos cósmicos y las ondas gravitacionales —ondulaciones en el tejido del espacio tiempo— también son mensajeros. La astronomía multimensaje combina la información de más de una de estas señales para entregar a los investigadores una comprensión más profunda de algunos de los eventos más extremos del Universo. El Observatorio Vera C. Rubin de NSF–DOE, pronto va a contribuir con este campo emergente de la astronomía, mediante el uso de su potente cámara y su amplio campo de visión para encontrar difusas fuentes multi mensajeras y orientar a otros telescopios en la dirección correcta para que realicen observaciones de seguimiento.
El Observatorio Rubin es financiado en forma conjunta por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE/SC). Se trata de un Programa de NOIRLab de NSF, que va a operar a Rubin en conjunto con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC.
La astronomía Multimensaje es una forma mejorada de estudiar los eventos cósmicos que, según las predicciones, emiten más de un tipo de señal, tales como explosiones estelares, agujeros negros alimentándose activamente, y colisiones entre objetos compactos, por mencionar sólo algunos. Cada mensajero comunica información única sobre los procesos físicos y las energías involucradas. Cuando una fuente individual es observada utilizando múltiples señales, los datos pueden ser combinados para alcanzar un nivel más profundo de conocimiento. “El resultado es más que la suma de sus partes”, precisó al respecto la profesora asociada de la Universidad de California en Berkeley, Raffaella Margutti, que trabaja en el marco de la colaboración científica de Estrellas Transientes y Variables de LSST.
Además de realizar un gigantesco estudio del cielo nocturno del hemisferio sur conocido como Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST, por sus siglas en inglés), Rubin también realizará observaciones a “objetos de oportunidad” en respuesta rápida a las alertas de potenciales fuentes multi mensajeras. Considerado el telescopio con movimiento más rápido en el mundo, Rubin será capaz de apuntar a objetivos específicos en apenas tres minutos. Tales observaciones proporcionarán información crucial sobre las propiedades ópticas de un evento, es decir las longitudes de onda de la luz que puede detectar el ojo humano, lo que a su vez podrá ayudar a observaciones de seguimiento que puedan efectuar otros telescopios.
Sin embargo, para coordinar múltiples telescopios capaces de detectar diferentes tipos de mensajeros, los científicos tienen que saber dónde mirar. Señales como las ondas gravitacionales y los neutrinos pueden indicar a los científicos a qué dirección apuntar, pero para determinar su ubicación exacta es necesario la luz. Aquí es donde Rubin brillará, gracias a que cuenta con la cámara más grande y sensitiva jamás construida para la astronomía y la astrofísica.
Margutti, cuyos estudios se enfocan específicamente en la búsqueda de contrapartes electromagnéticas a los eventos de onda gravitacional, explica que los observatorios de ondas gravitacionales “sólo te pueden decir ‘mira en esta enorme zona y busca algo muy difuso’, pero no sabes exactamente dónde buscar”. Además, la distancia a la que los observatorios actuales son capaces de detectar ondas gravitacionales puede ser mucho más lejana que el límite que es posible detectar con fotones, haciendo difícil observar un evento con ambos mensajeros.
Con sus extraordinarias capacidades, Rubin será capaz de ayudar a mitigar ambos problemas: “Rubin gana dos veces”, explica Margutti. “Su gran poder de captación de luz y su habilidad para escanear grandes áreas del cielo hacen que sea muy sensitivo a señales ópticas débiles, como aquellas que estaríamos esperando de una fuente de onda gravitacional”, concluyó.
Hasta ahora, sólo se ha observado un evento de ondas gravitacionales con varios mensajeros. Se trata de una fusión entre dos estrellas de neutrones que emitió ondas espacio-temporales y fotones a través del cosmos. Otros fenómenos que se prevé emitan más de un mensajero son las fusiones entre agujeros negros y entre éstos y estrellas de neutrones. “Estaría muy emocionada si encontramos fotones provenientes de este tipo de fusiones”, expresó Margutti. “Rubin está en una posición única para confirmar o ampliar los tipos de fusiones que producen luz.” continuó.
La capacidad de Rubin para detectar fuentes difusas también cambiará las reglas del juego para los estudios sobre neutrinos. Al respecto, el becario postdoctoral del Instituto de Tecnología de California Robert Stein, explica que “en la ciencia de neutrinos hay muchos tipos de fuentes posibles, pero los telescopios ópticos actuales sólo son capaces de observar los más inusuales y brillantes”. Basado en el número de neutrinos que llegan a los detectores aquí en la Tierra, los científicos creen que existe una vasta población de fuentes de neutrinos a distintas distancias en todo el Universo. Sin embargo, a causa de los límites de los telescopios actuales, Stein estima que sólo entre un cinco y diez por ciento de ellos también son detectables con fotones. Al ser capaz de observar una gran cantidad de fuentes tenues por primera vez, Rubin podría incrementar en un 50% las fuentes que también emiten fotones.
“La ciencia de los neutrinos está en pañales, por lo que nuestra lista de posibles fuentes aún no está completa. En diez o quince años más probablemente podamos descubrir qué eventos conocidos, son también poblaciones de fuentes de neutrinos”, explicó Stein.
Margutti y Stein confían que el potencial global de Rubin en la era de la astronomía multimensaje lo llevará a descubrir lo inesperado. A medida que cubre vastas zonas del cielo nocturno del hemisferio sur, Rubin irá revelando secretos que aún permanecen ocultos. Según Margutti, “el mejor uso de Rubin es el de una máquina de descubrimientos”, mientras que Stein reafirma esa idea y espera “aprender qué tipos de fuentes nuevas debemos investigar a continuación. Si Rubin pudiera darnos esa claridad, y creo que lo hará, sería increíble”, concluyó.
Más Información
El Observatorio Rubin es una iniciativa conjunta de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos. Su misión principal es realizar la Investigación del Espacio Tiempo como Legado para la Posteridad, proporcionando un conjunto de datos sin precedentes para la investigación científica apoyada por ambas agencias. Rubin es operado en conjunto por NOIRLab de NSF y el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC (SLAC). NOIRLab es administrado para la NSF por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) y SLAC es operado para DOE por la Universidad de Stanford. Francia presta un apoyo crucial a la construcción y el funcionamiento del Observatorio Rubin a través de las contribuciones de CNRS/IN2P3. Se agradecen las contribuciones adicionales de varias organizaciones y equipos internacionales.
La Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) es una agencia federal independiente creada por el Congreso en 1950 para promover el progreso de la ciencia. La NSF apoya la investigación básica y a las personas para crear conocimientos que transformen el futuro.
NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos), el centro de EE.UU. para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.
El Laboratorio Nacional SLAC es un vibrante laboratorio multiprograma que explora cómo funciona el Universo en escalas más grandes, más pequeñas y más rápidas, e inventa herramientas poderosas que son utilizadas por científicos de todo el mundo. Con investigaciones que abarcan la física de partículas, la astrofísica y la cosmología, los materiales, la química, las ciencias biológicas y energéticas y la informática científica, el SLAC ayuda a resolver problemas del mundo real y a promover los intereses de la nación.
SLAC es operado por la Universidad de Stanford para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias es la mayor fuente de financiamiento de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para hacer frente a algunos de los retos más desafiantes de nuestro tiempo.
Este comunicado de prensa fue traducido por Manuel Paredes
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