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Gabriela González

Gabriela González: Cuando el espacio se curva

La física argentina portavoz de la colaboración científica Ligo se refiere al proceso de detección de las ondas gravitacionales

LÉO RAMOSDurante la mañana del día 11 de febrero de este año, la argentina Gabriela González, una simpática cordobesa radicada en Estados Unidos desde hace casi tres décadas, tenía un compromiso impostergable en el National Press Club, en Washington. Esta profesora de física y astronomía de la Universidad Estatal de Luisiana y portavoz de la colaboración científica del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (Ligo) había sido designada para dar a conocer, junto a otros cuatro renombrados científicos, un aguardado anuncio: por primera vez se había detectado el paso de ondas gravitacionales por la Tierra. Le cupo a Gaby, tal como le dicen sus amigos y sus pares, detallar el descubrimiento, realizado 100 años después de que Albert Einstein previera en la teoría de la relatividad general la existencia de este fenómeno que deforma el espacio.

Separados por 3.000 kilómetros (km) de distancia, los dos detectores gemelos de segunda generación del Ligo –uno en Hanford, en el estado de Washington, y el otro en Livingston, en Luisiana, ambos con brazos en L de 4 km de extensión y dotados de espejos y láseres– registraron casi simultáneamente las ondas generadas por la colisión y la fusión de dos agujeros negros situados a 1.300 millones de años luz de la Tierra. Esta detección, que ocurrió el día 14 de septiembre de 2015, constituye una nueva y fuerte evidencia de la existencia de los agujeros negros, de los cuales nada escapa, ni siquiera la luz (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 241).

Gaby estuvo a comienzos de noviembre en São Paulo, en donde dictó una conferencia sobre el registro de las ondas gravitacionales producidas por la fusión de agujeros negros durante el simposio organizado para celebrar los cinco años del Centro Internacional de Física Teórica del Instituto Sudamericano de Investigación Fundamental (ICTP-SAIFR, en inglés). Este centro es una colaboración entre el Instituto de Física Teórica de la Universidade Estadual Paulista (IFT-Unesp), en donde tiene su sede, el Centro Internacional de Física Teórica Abdus Salan (ICTP), emplazado en Trieste, Italia, y la FAPESP.

“Estamos delante de una nueva astronomía: la de las ondas gravitacionales”, afirma la investigadora, de 51 años, casada con su compatriota Jorge Pullin, también docente (de física teórica) de la Universidad Estatal de Luisiana. “Estamos descubriendo el lado oscuro del Universo”. En la siguiente entrevista, concedida durante su paso por la capital paulista, Gaby se refiere a la importancia de la detección de las ondas gravitacionales, comenta detalles entre bastidores del trabajo en el Ligo, un proyecto que insumió 1.100 millones de dólares a lo largo de tres décadas, y vislumbra el futuro de esta nueva forma de observación del Universo.

Edad
51 años
Especialidad
Detección de ondas gravitacionales
Estudios
Graduada en física en la Universidad Nacional de Córdoba (Argentina) en el año 1988. Realizó su doctorado en física en la Universidad de Siracusa (EE.UU) entre 1989 y 1995
Institución
Universidad Estatal de Luisiana (EE.UU.)
Producción científica
114 artículos. Dirigió una maestría y 6 doctorados, y supervisó 10 posdoctorados

Las ondas gravitacionales se detectaron poco tiempo después de que la segunda generación de detectores del Ligo entrase en funcionamiento. ¿No sospecharon que podría ser un falso resultado positivo?
A decir verdad, hacía varias semanas que estábamos registrando datos, pero en modo de diagnóstico. Estábamos calibrando los detectores para dotarlos de mayor sensibilidad. Es necesario empujar los espejos, simulando señales en distintas frecuencias. Estábamos intentando entender de qué manera las mediciones se veían afectadas por ruidos [interferencias] externos, sísmicos o acústicos. Algunas horas antes de detectar las ondas, había gente en el laboratorio de Livingston averiguando si el frenado de un automóvil cerca del edificio podría afectar la medición.

¿Y puede afectarla?
Sí, si el coche frena muy bruscamente; pero la interferencia no ocurre en la banda de frecuencia que medimos, entre 20 hercios y 5 kilohercios. Los aviones también la afectan, pero en menor medida y también en otras frecuencias. El ruido sísmico a bajas frecuencias es muy fuerte y buscamos formas de neutralizarlo. La forma de empujar los espejos, sobre todo para dejarlos alineados, puede introducir ruidos. El ruido cuántico de la luz es otro problema que debe resolverse. El láser está hecho de fotones. En la fotocélula, contamos fotones y existe una incertidumbre cuántica acerca de cuántos fotones detectamos. Ese ruido es muy conocido, es el shot noise. Combatimos el shot noise aumentando la potencia del láser, utilizando muchos fotones. Otro ruido que nos limita es el movimiento browniano, que es aleatorio y se produce porque los átomos se mueven y vibran si la temperatura no es igual a cero.

¿Ustedes se convencieron enseguida de que la señal detectada en septiembre pasado correspondía a ondas gravitacionales?
No fue de inmediato. Primeramente supimos que no era una señal falsa, generada por un equipo del propio experimento. Aún no habíamos aprendido a crear una señal falsa con la segunda generación del Ligo. De todos modos, me pasé horas llamando por teléfono a mis colegas para cerciorarme de que no era una prueba. Podían haberse olvidado de registrar alguna prueba. La señal era muy evidente, demasiado buena como para ser verdadera. Debíamos cerciorarnos y eliminar todas las otras alternativas. Tardamos meses para estar absolutamente seguros. Tuvimos que afinar y revisar todos los códigos y los software para registrar datos, cosa que aún no habíamos teníamos tiempo de hacer. Nos demandó mucho tiempo analizar todos los registros de magnetómetros, de sismógrafos y de rayos cósmicos. Debíamos tener la seguridad de que no había ocurrido nada que pudiese haber originado esa señal. Encontramos varios registros que tuvieron que investigarse a fondo.

¿Por ejemplo?
Encontramos una tormenta eléctrica en África que produjo uno de los rayos más potentes que se hayan registrado con instrumentos modernos. Esto sucedió segundos antes de la detección de las ondas gravitacionales. Pero con nuestros análisis, comprobamos que ese rayo no estaba por detrás de nuestra detección. Simultáneamente, también requirió tiempo interpretar la señal de las ondas gravitacionales, deducir cuál era la masa de los agujeros negros, su energía. No queríamos tener ninguna duda. Habíamos decidido, antes incluso de empezar a recabar datos con la segunda generación de detectores, que íbamos a escribir un artículo y mandárselo a los revisores cuando tuviésemos un posible registro de las ondas. Necesitábamos escuchar a gente ajena al proyecto. Somos más de mil personas, y todas queríamos que el experimento saliera bien.

Pero antes de que hicieran el anuncio del descubrimiento, hubo una segunda y una tercera detección de ondas gravitacionales. ¿Esto ocurrió antes de que aceptaran el paper del Ligo?
A decir verdad, desde el principio sabíamos que no contábamos con datos suficientes como para excluir la posibilidad de que la señal de septiembre fuese una fluctuación estadística aleatoria. Debíamos registrar al menos un mes de datos en el Ligo, 15 días por cada detector. Pero la señal era tan fuerte que todos pensamos que era difícil extrapolar y saber cuántos más deberían ocurrir. Pero entonces, el 12 de octubre, hubo una nueva señal, aunque muy débil. No servía como confirmación y no nos tranquilizó. El 26 de diciembre hubo otra señal. No tan fuerte como la primera, pero era estadísticamente muy significativa. Esa fue la señal que nos convenció. Provenía de otro sistema de agujeros negros, distinto al que habíamos visto. Esa señal nos dejó más tranquilos, aunque fueron necesarios algunos meses para confirmarlo.

Sin embargo, cuando efectuaron el anuncio del descubrimiento de las ondas gravitacionales, en febrero de este año, sólo hicieron referencia a la primera señal.
Sí, fue así porque, aunque ya habíamos registrado la tercera señal, todavía estábamos analizando los datos. No estábamos seguros de su naturaleza.

National Science Foundation France Córdova, directora de la NSF, David Reitze, director ejecutivo del Ligo, y los físicos Gabriela González, Rainer Weiss y Kip Thorne se preparan para anunciar el descubrimiento de las ondas gravitacionalesNational Science Foundation

Si tras la primera detección no hubiesen registrado ninguna señal más, ¿hubiesen divulgado el descubrimiento de todos modos?
Sí. Aunque no hubiésemos registrado ni el de octubre ni el de diciembre, no tendríamos ninguna razón para no dar a conocer el descubrimiento. Todas las evidencias que teníamos indicaban que se trataba de ondas gravitacionales producidas por agujeros negros. Sería un tanto molesto si hubiéramos registrado una sola señal, pero lo habríamos anunciadoigual.

¿En los tres casos, la fuente de las ondas gravitacionales está situada en lugares distintos del Cosmos?
Sí, pero las tres señales son consistentes con la hipótesis de que fueron producidos por un sistema compuesto por dos agujeros negros.

¿Cómo lo saben?
La primera señal, la de septiembre, es más clara. Cualquier sistema binario, con un par de masas que giran –estrellas de neutrones, enanas blancas, agujeros negros o la Tierra y el Sol–, produce ondas gravitacionales oscilatorias. A medida que las estrellas se acercan, van girando más rápido. El período disminuye, pero la frecuencia y la amplitud crecen. Cuando están lo suficientemente cerca, se funden en un sólo objeto. En ese caso, se espera una oscilación que crece y rápidamente decrece. Contamos con un banco de datos con centenas de miles de modelos de señales. Por cada par de masa distinta existe una frecuencia distinta, una señal distinta. Establecemos una correlación del modelo con los datos de cada detector en función del tiempo. Si hallamos una señal en un detector, vemos si existe, con una diferencia de no más que 10 milisegundos (que es la velocidad de la luz entre los dos detectores), una señal consistente con el mismo modelo. A eso lo denominamos coincidencia. Tuvimos alrededor de mil coincidencias durante los primeros meses que registramos datos en la segunda generación del Ligo. La mayoría no corresponde a coincidencias astrofísicas. Son fluctuaciones aleatorias producidas por un detector. Las dos detecciones más fuertes, la de septiembre y la de diciembre, son muy significativas. Es casi imposible que hayan sido producidas por la fluctuación de un detector. Estimamos que puede existir una coincidencia aleatoria de esa magnitud cada 200 mil años. En tanto, la señal de octubre es mucho menos significativa. En ese caso, creemos que cada un par de años puede haber una coincidencia de este tipo sin que sea de origen astrofísico.

¿Cómo se diferencia una señal de un par de agujeros negros con respecto a otra de un sistema de estrellas de neutrones?
Por la masa. Las estrellas de neutrones son menores; tienen generalmente una masa solar. A lo sumo se estima que puedan tener menos de tres masas. Todos los sistemas asociados a las señales que vimos son mucho mayores. El menor tiene ocho masas solares. Por eso arribamos a la conclusión de que son ondas gravitacionales originadas por la fusión de agujeros negros.

¿Cómo evitar que se filtre información referente a un experimento en el cual participan tantos científicos? En enero, un investigador no perteneciente al Ligo escribió en Twitter que ustedes habían descubierto las ondas gravitacionales.
Todos debemos atenernos a un término de confidencialidad hasta que se haga un anuncio. Todos los miembros del experimento estaban informados acerca de la marcha de los análisis. Recién el 21 de enero nos sentimos seguros como para enviar el artículo para su publicación. En diciembre aún estábamos investigando la naturaleza del rayo de África. Pero las personas hablan con sus colegas. Mucha gente sabía que había algo, pero todos tenían cuidado, pues era un dato que debía confirmarse. Sería una vergüenza decirle a un periodista que habíamos descubierto algo y posteriormente tener que salir a desmentirlo en público. Ese anuncio en Twitter fue muy desafortunado. Les decíamos a los periodistas que no teníamos nada que decir y que estábamos analizando datos todavía; y realmente lo estábamos.

¿Qué sucede cuando los detectores del Ligo registran una señal que puede ser de ondas gravitacionales? ¿Se enciende una luz roja, o aparece un aviso en una computadora?
Tenemos programas de computadoras que analizan los datos en forma rápida, pero no tan profunda, para detectar señales que pueden tener origen astrofísico. Todo eso es electrónico. Cuando surge una posible señal, aparece en minutos el alerta en una página de internet. Pero no estábamos preparados para la detección del día 14 de septiembre.

¿Ustedes no contaban con un procedimiento interno para ingresar datos falsos y verificar si los investigadores del Ligo lograban diferenciar entre una señal falsa y una verdadera?
Sí, contábamos con un equipo que hacía eso desde la primera generación del Ligo. En algunos proyectos se echa mano de este tipo de expediente para evitar que el equipo tenga alguna actitud inconscientemente comprometida con el resultado que se busca. En nuestro caso, creíamos que estábamos demasiado acostumbrados a los resultados nulos y no estábamos preparados para un resultado positivo. Por eso, para ayudar en ese proceso psicológico y científico –al fin de cuentas, a la ciencia la hacen seres humanos– enviamos señales falsas en 2007 y también en 2010, cuando trabajábamos con la primera generación de detectores. En 2007 enviamos dos señales: una marginal, que fue muy discutida por nuestro equipo, y otra a la que sencillamente no la vimos: pasó desapercibida.

¿Esa no detección, no se debía a la escasa sensibilidad de la primera fase del Ligo?
No, se debía a que adoptábamos un procedimiento mediante el cual, en principio, veíamos los datos de más calidad, y luego examinábamos el resto. Pero en 2007 terminamos olvidándonos de observar el resto de los datos. Eso fue una prueba de que no estábamos listos. Después, en 2010, hubo esa inyección de datos falsos, que se volvió conocida como Big Dog. Posteriormente descubrimos que era una señal falsa, pero no estábamos preparados para interpretarla.

¿Ustedes incluso redactaron un paper sobre el Big Dog, no es cierto?
Sí, pero ese procedimiento estaba previsto en el proyecto. Habíamos quedado en no preguntar si la señal era falsa o verdadera y en escribir un artículo en el que se mencionaran los datos. Ese proceso nos demandó mucho más tiempo que lo previsto. La segunda vez, estábamos preparados para descubrir la señal, pero no para interpretarla, para medir sus parámetros y decir cuán grandes eran los agujeros negros o las estrellas relacionadas con la señal.

¿Tras los tres registros de ondas gravitacionales del año pasado hubo nuevas detecciones?
El Ligo no ha hecho detecciones desde enero de este año. Debemos reanudar las mediciones este mes, probablemente con una sensibilidad similar a la que teníamos antes, o quizá un 10% mejor. No hemos hecho progresos en ese sentido tan rápidamente como lo hubiéramos deseádo. La segunda generación de detectores del Virgo [el observatorio de ondas gravitacionales emplazado cerca de Pisa, en Italia] empezará a funcionar durante el próximo semestre. Y entonces sí, en algún momento del año que viene, tendremos tres detectores en funcionamiento.

¿Con el descubrimiento de las ondas gravitacionales cambia el conocimiento del Cosmos?
Tengo la impresión de que ese evento fue como cuando Galileo observó el cielo con un telescopio y descubrió que Saturno tenía anillos. Es algo así. Es como tener un instrumento que ahora puede ver el cielo de una manera completamente distinta. Podemos ver agujeros negros que no emiten luz. Estamos descubriendo el lado oscuro del Universo. Puedo decir que también estamos escuchando el Universo. La banda de frecuencia con que trabajamos es audible. Con las ondas electromagnéticas, vemos el Universo. Ahora también lo escuchamos con las ondas gravitacionales. Es una revolución en la astronomía. Los agujeros negros de estrellas que encontramos son muy grandes, de 30 masas solares. Hay agujeros negros enormes, pero en el centro de las galaxias. Los agujeros negros estelares, según se creía, deberían tener unas pocas masas solares. Podrían existir fenómenos desconocidos que no emitan luz, pero que emitan ondas gravitacionales.

Recientemente se suscribió un acuerdo para la construcción de un tercer observatorio del Ligo en la India. ¿Cuándo empezará a funcionar?
Estados Unidos había aprobado inicialmente la construcción de dos detectores en Hanford y uno en Livingston. Después surgió la idea de erigir el tercer observatorio en otro lugar, primero en Australia y luego en la India. Ese detector ya existe y se instalará en el observatorio que se construirá en la India. Creemos que sólo empezará a registrar datos en 2024. Antes del Ligo India, entrará en operación en 2019 un observatorio en Japón, el Kagra, que también cooperará con nosotros. Con el Virgo, en Italia, cooperamos desde nuestra primera generación de detectores. También firman con nosotros el artículo de este año sobre el descubrimiento de las ondas gravitacionales. Por eso en algún momento tendremos cinco observatorios de ondas gravitacionales.

¿Cómo empezó a trabajar en el Ligo?
En 1989 terminé mi licenciatura en física en Argentina y me fui a Estados Unidos a hacer el doctorado. Estaba estudiando la teoría de la relatividad. Un profesor que recientemente se había ido a la Universidad de Siracusa, Peter Saulson, hablaba de cómo se podían medir con precisión las fluctuaciones en el espacio-tiempo. No era física experimental, pero eso me encantó. En aquella época, el Ligo era un proyecto para el futuro. Sabíamos que serían necesarios muchos años para que se pusiera en marcha. Empecé a trabajar con el Ligo en 1992, cuando el proyecto fue aprobado en Estados Unidos. En 1995, comenzó a construírselo. En 1999 estuvieron listos los detectores. En 2001 empezamos a registrar los primeros datos. Durante todo ese tiempo, trabajé en diferentes aspectos del Ligo.

Cuando aún era física teórica, ¿con qué aspecto de la teoría de Einstein trabajaba?
Buscaba soluciones para las ecuaciones. Cuando empecé a trabajar en el Ligo, mi tesis fue sobre el movimiento browniano de los péndulos y cómo éste afecta a distintas frecuencias. Lo importante era saber de qué manera el movimiento browniano, entre todos los ruidos, afectaba a la banda de frecuencias en que el Ligo toma datos. Lo que medimos en el Ligo son distancias entre los espejos de los detectores. Pero los espejos están hechos de átomos y conectados por fibras, que tienen átomos. Todo eso vibra. Lo que era difícil, en mi tesis, era medir en qué cantidad ese ruido aparecía en la banda de frecuencia del Ligo. Luego de terminar el doctorado en 1995, fui al MIT [Massachusetts Institute of Technology] a trabajar con el profesor Rainer Weiss en el grupo del Ligo. Allá trabajaba en el diseño de los péndulos para la primera generación de detectores.

Ligo Laboratory Los dos observatorios del Ligo tienen brazos en forma de L con 4 km de extensión, uno en Hanford, en el estado de Washington, y otro en Livingston, en Luisiana (a la izq.)Ligo Laboratory

¿Esperaban ganar este año el Nobel de Física por el descubrimiento de las ondas gravitacionales?
No. A decir verdad, no sabemos exactamente cómo transcurre el proceso de elección, cuáles son los criterios. El bosón de Higgs fue para los autores de la teoría, no para los descubridores de la partícula. Entonces si Einstein estuviese vivo, podría recibir el Nobel otra vez por la predicción de las ondas gravitacionales. No experimentamos ninguna desilusión por no haber ganado. Pero, por supuesto, estaría muy contenta si algunas de las personas que trabajan en este campo desde hace 40 años recibieran el premio.

Es la tercera vez que es portavoz del Ligo. ¿Por qué se postuló para ese cargo?
Es un cargo para el cual una es electa. Siempre ha habido más de un candidato. Lidero la colaboración científica desde 2011, época en que habíamos terminado de registrar datos con la primera generación de detectores, pero aún sin analizarlos totalmente. Me parecía importante que la colaboración no se disolviera. En este último período en que he venido siendo portavoz, mi prioridad fue que estuviésemos preparados para registrar datos en septiembre del año pasado, tal como realmente lo hicimos, y reorganizarnos para trabajar en forma más eficiente. Somos demasiado grandes. Con todo, no fue posible llevar a cabo la reorganización. Dedicamos mucho tiempo a prepararnos para recabar datos y cuando empezamos vino la detección de las ondas, lo que nos demandó más tiempo aún. En marzo dejo el cargo.

¿Hay posibilidades de que Brasil tenga una mayor participación en el Ligo?
Sí. Además de que ya toma parte en los experimentos y en los análisis de datos actuales, pienso que Brasil podría contribuir al desarrollo de una tercera generación de detectores, que podría registrar agujeros negros mucho más distantes, es decir, mucho más antiguos, que surgieron al comienzo del Universo. Así podríamos saber cómo eran los agujeros negros en el transcurso del tiempo en el Universo. Ese proyecto sería muy caro y probablemente requeriría de una colaboración aún más internacionalizada. Eso me parece que es una oportunidad para América Latina. ¿Por qué no podríamos instalar un detector acá? Podría instalarse uno en Estados Unidos y otro acá. Me gusta soñar con eso.

¿Para cuándo estaría esa tercera generación de detectores?
Esos proyectos tardan décadas. Son más o menos unos 10 años para sellar las colaboraciones y la parte económica, y otros 10 para construirlos. La concepción del Ligo empezó en la década de 1970. Estimo que hoy en día no se tardarían 40 años, pero sí al menos unos 20. En un proyecto así no participan únicamente investigadores de astrofísica sino también ingenieros, para el desarrollo de tecnologías de una nueva generación de detectores. Es algo que genera muchos recursos humanos para la ciencia y la tecnología. En esta tercera generación, necesitaríamos detectores nuevos. No se pueden actualizar los que ya existen. Esos detectores serían probablemente mayores, lo cual los tornaría más sensibles. En vez de 3 ó 4 km, tendrían 10 ó 40 km.

¿Cómo debe ser el lugar que albergue un detector así?
Depende si es de superficie o subterráneo. En este último caso, no debería ser tan grande, pero probablemente sería más caro. Para un detector de superficie, lo ideal es encontrar un lugar plano o que sea fácil aplanarlo, y que tenga baja sismicidad. No estamos preocupados por terremotos, porque los movimientos telúricos afectan las mediciones del observatorio independientemente de su localización. En los observatorios de Estados Unidos podemos registrar un terremoto en China o en el océano Índico. Después de haber construido los dos observatorios, notamos que es mejor estar asentados sobre un suelo firme y rocoso, que transmite menos los movimientos de la Tierra. La zona de los océanos golpea la costa y produce un ruido microsísmico. Cuando se está cerca de la costa y el suelo no es rocoso, la amplitud de ese ruido es mayor. También es importante estar cerca de un centro con estructura, internet y recursos humanos.

¿Qué países de América Latina colaboran con el Ligo?
En este momento, sólo Brasil. Hay dos grupos que colaboran con el Ligo. Un grupo experimental del Inpe, en São Paulo, liderado por Odylio Aguiar, investiga otras maneras de detectar ondas gravitacionales con un detector esférico. Ellos tienen mucha experiencia en suspender objetos con bajo ruido y trabajar a bajas temperaturas. Ése es el tipo de experiencia que llevan al Ligo. El otro grupo, el de Riccardo Sturani, que estaba en São Paulo [en el IFT-Unesp] y se mudó al Instituto Internacional de Física de Natal, hace análisis de datos en busca de sistemas binarios. En Latinoamérica, existe mucha gente que investiga la teoría de la relatividad y las ondas gravitacionales. Pero nadie hace análisis de datos. Espero que eso cambie.

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