La visión incomparable del Observatorio Rubin revolucionará la astronomía
El nuevo telescopio que se construye en Chile permitirá unir observaciones de fenómenos cósmicos con otras cuatro fuentes de energía o mensajeros universales.
Fotones, neutrinos, rayos cósmicos y ondas gravitacionales son los cuatro mensajeros que portan información crucial sobre las características del Universo y que permiten investigar los fenómenos astronómicos desde múltiples perspectivas cósmicas. Gracias a su avanzada tecnología, la cámara del Observatorio Rubin va a incrementar la cantidad de fuentes de mensajeros múltiples que se conocen, para obtener datos detallados de eventos específicos, localizando estos sucesos para que otros telescopios puedan realizar seguimientos.
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.
Ilustración artística de un evento multimensaje
Luz nocturna
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