En la mañana del 16 de octubre, la física Marcelle Soares-Santos era la única brasileña entre los 16 líderes de grupos de investigación científica que anunciaron, en el marco de una entrevista en la sede de la National Science Foundation, en Estados Unidos, la observación de un fenómeno que podría alterar todo lo que se conoce sobre el universo.
A los 36 años, Soares-Santos se desempeña como profesora en la Universidad Brandeis e investigadora en el Fermi National Accelerator Laboratory, el Fermilab, uno de los más importantes laboratorios de física de partículas del mundo, ambos en Estados Unidos. Nacida en Vitória [capital del estado brasileño de Espírito Santo], se graduó en física en la Universidad Federal de Espírito Santo (Ufes), realizando su maestría y su doctorado en astronomía en la Universidad de São Paulo (USP). Arribó al Fermilab en 2010 para efectuar una pasantía de posdoctorado y colaboró en la construcción de uno de los mayores detectores de luz que se hayan construido: una cámara de 570 megapíxeles que se encuentra instalada en un telescopio en Chile para mapear 300 millones de galaxias en el marco del proyecto Dark Energy Survey (DES). Actualmente, ella coordina un equipo en el DES que busca la luz emitida por eventos que generan ondas gravitacionales.
A continuación, Soares-Santos se refiere al fenómeno detectado y al uso potencial de las ondas gravitacionales para calcular el índice de expansión del universo.
• Cataclismo cósmico
• La fuente de oro y la regla del universo
• En busca de la luz de las estrellas de neutrones
¿Cuál fue el rol que desempeñaste en las observaciones relacionadas con la colisión de estrellas de neutrones?
Comenzó con mi participación en el DES, cuyo único objetivo es observar 300 millones de galaxias y calcular su aporte de energía oscura en la conformación del universo. Yo ingresé durante la fase de fabricación de la cámara que se utiliza en las observaciones y me gané la confianza de mis colegas por mi trabajo, consistente en testear cada componente de la cámara. En septiembre de 2012, cuando finalizó la construcción de ese instrumento, el DES comenzó a recabar la muestra de millones de galaxias. Hice uso de mi experiencia en análisis de datos y conocimiento de la cámara para realizar estudios sobre cúmulos de galaxias y rápidamente llegué a ocupar un puesto de liderazgo. En julio de 2013, cuando el consorcio que opera el Observatorio Interferométrico de Ondas Gravitacionales –el Ligo– abrió un concurso destinado a contratar astrónomos, vi la oportunidad que se abría para que nuestro grupo del DES desempeñara un papel importante.
¿Dónde te encontrabas cuando los observatorios Ligo y Virgo informaron que habían detectado la colisión de las estrellas de neutrones?
Me hallaba en el departamento en donde residía, en Chicago. El evento se registró el 17 de agosto, que fue el día en que el camión de mudanzas llegó para trasladar mis pertenencias hacia Waltham, en el estado de Massachusetts, donde se encuentra la Universidad Brandeis, hacia donde me estaba trasladando. Recién me acostaba cuando sonó el teléfono alrededor de las 7:40 h de la mañana con el alerta automático del Ligo. Había pasado la noche trabajando, porque se había registrado una colisión de agujeros negros el 14 de agosto. Pensé que habría algo erróneo en los análisis de aquel evento. No imaginaba que se trataría de uno nuevo. Salté de la cama hacia la computadora y, junto a mis colegas, nos abocamos a la planificación de las observaciones en Chile para después de la puesta del Sol. Había un grupo en el telescopio y otro en el Fermilab. Durante las horas siguientes, mi apartamento quedó vacío. Las últimas cosas que saqué fueron mi laptop, una silla y el enrutador de internet.
¿Hacía mucho que esperabas observar una colisión de estrellas de neutrones?
Desde que el Ligo entró en su segunda fase de operación, en 2015, se esperaba que los primeros eventos fueran colisiones de estrellas de neutrones y no de agujeros negros. En la naturaleza se espera que los sistemas con masas menores, como es el caso de las estrellas de neutrones, existan en menor cantidad. Por lo tanto, sería más fácil detectarlos. Resultó sorprendente comprobar que fueran tan comunes los agujeros negros con una masa entre 10 y 30 veces superior a la del Sol [Rainer Weiss, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Kip Thorne y Barry Barish, del Instituto de Tecnología de California (Caltech), recibieron el Nobel de Física en 2017 por la detección de las ondas gravitacionales emitidas por la fusión de agujeros negros].
¿Cuáles fueron los pasos siguientes al aviso del día 17?
A partir de las búsquedas que efectuamos luego de la detección de las colisiones de agujeros negros, ya habíamos puesto en práctica el procedimiento en tres o cuatro oportunidades. En primera instancia, elaboramos un mapa del cielo e identificamos la región donde probablemente había ocurrido el evento. Con base en la posición del telescopio en Chile y la cantidad de horas que pudimos observar cada noche, calculamos la superficie que debería cubrirse y cómo escanear al máximo la misma. En ese evento, la distancia era pequeña y elaboramos una lista de galaxias. Cada vez que una de ellas aparecía en el campo observado, un grupo escudriñaba las imágenes antes de procesarlas en una computadora en busca de señales de emisión lumínica. Fuimos uno de los primeros grupos en detectar la luz emanada por la fuente de ondas gravitacionales. Inmediatamente después de detectar esa fuente, enviamos un correo electrónico comunicando el hallazgo a los colaboradores del Ligo y verificamos que otro grupo había identificado esa fuente 10 minutos antes que nosotros.
¿Eso fue en la primera tanda de observaciones?
Durante la primera noche. Las observaciones duran alrededor de una hora. Una vez detectado el candidato más probable, modificamos la estrategia a seguir durante la noche posterior. Enfocamos las observaciones en ese objeto para obtener el máximo de información sobre el mismo y monitorear su evolución. También efectuamos un segundo barrido en la región, en busca de otras posibles fuentes. El área apuntada por el Ligo y el Virgo era de 30 grados cuadrados [un área que en el firmamento ocupa un espacio similar al de 150 Lunas llenas]. Nosotros escrutamos 70 grados cuadrados, porque la experiencia adquirida en eventos anteriores demostró que, luego del mapeo inicial, el Ligo realiza un análisis más detallado, en el cual puede modificarse la posición del objeto en el cielo.
¿Había muchos objetos en el área señalada?
Los datos sugerían que la colisión habría ocurrido a 40 megapársecs de distancia de la Tierra, es decir, a 130 millones de años luz. En el volumen constituido por 30 grados cuadrados y 40 megapársecs, existen unas 50 galaxias. En un análisis ignorando la distancia, detectamos 1.500 fuentes posibles. Sólo una de ellas se ajustó a los tres criterios establecidos para excluir falsos candidatos.
¿Por qué es importante asociar la emisión de luz a la de la onda gravitatoria?
En el caso del evento del mes de agosto, las ondas gravitacionales permitieron saber que se trataba de dos estrellas de neutrones, y no de agujeros negros, y que las mismas se hallaban a 40 megapársecs de distancia. Pero no puede determinarse si el resultado de la colisión devino en un agujero negro o en una estrella de neutrones. Tampoco si ese impacto generó elementos químicos pesados, si hubo alteración del entorno o si el mismo era diferente al usual en las galaxias. Eso sólo puede determinarse a partir del estudio conjunto de las ondas gravitacionales y su contrapartida óptica.
Estudiaste las ondas gravitacionales en tu maestría, y estrellas de neutrones en tu doctorado. ¿Te estabas preparando para observar un evento como éste?
Yo contemplaba entre mis planes trabajar en cosmología. Durante la iniciación a la investigación científica y en el máster, realicé cálculos de cómo sería el espectro de las ondas gravitacionales primordiales, que existieron desde los albores del universo, y no de éstas generadas por colisiones. Acaso el Lisa, el futuro detector que está desarrollando la ESA [Agencia Espacial Europea] para registrar ondas gravitacionales desde el espacio, esté dotado de una sensibilidad tal que permita observarlas. Por entonces todo era muy teórico y se notaba la falta de algo observacional. Durante el doctorado, trabajé con cúmulos de galaxias, las mayores estructuras del universo. La tasa de formación de esos conglomerados depende de la cosmología. Si existiera mucha cantidad de energía oscura, la tasa de formación es menor. Desarrollé algoritmos para detectar los cúmulos según los datos del Sloan Digital Sky Survey, que exploró un tercio del cielo y registró 500 millones de objetos. En el posdoctorado, proseguí con el estudio de los conglomerados. Volví a interesarme por las ondas gravitacionales cuando el Ligo anunció que iniciaría una nueva ronda de observaciones.
¿Qué pueden revelar las ondas gravitacionales al respecto de la energía oscura?
Eventos tales como las colisiones de estrellas de neutrones pueden utilizarse en cosmología en forma análoga a las supernovas. Las supernovas son explosiones de estrellas supermasivas. Se las denomina candela estándar o candela patrón, porque emiten una luminosidad conocida, lo que permite estimar a qué distancia se encuentran de nosotros. En tanto, a las colisiones de estrellas de neutrones se las conoce como sirena estándar, porque su detección resulta similar a la de las ondas sonoras [aunque las ondas gravitacionales son diferentes a las ondas sonoras]. La intensidad de las ondas gravitacionales detectadas en la Tierra depende de la masa de las estrellas, una magnitud que puede calcularse a partir del formato de la onda detectada. Luego de identificar varios eventos similares al del mes de agosto, se podrán medir distancias a escala cosmológica. El evento ocurrido en agosto permitió calcular el índice de expansión del universo, al cual se lo denomina constante de Hubble, con un margen de error del 15%. Esta variable aún es alta, pero a partir de otros eventos similares, podrá disminuir. Esto es importante porque existe una duda: ¿las supernovas son efectivamente candelas estándar o podría haber variantes entre ellas que afecten las mediciones? Si las mediciones se efectúan a partir de la radiación cósmica de fondo [la radiación emitida cuando el universo tenía 380 mil años, en microondas] dan valores discrepantes de los obtenidos con las supernovas. Las ondas gravitacionales pueden constituir una alternativa para realizar esas mediciones.
¿Cuáles son tus planes a futuro?
Me he propuesto emplear las ondas gravitacionales para determinar cuánta energía oscura hay en el cosmos. Queremos perfeccionar la detección de la luz emitida por otros eventos, dado que su número aumentará durante la próxima ronda de observaciones del Ligo-Virgo. Y también pretendo desarrollar una estrategia de uso para la próxima generación de cámaras y telescopios que mapearán las galaxias.
