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COSMOLOGÍA

Ondas de materia del Universo joven

Se instalará un radiotelescopio en Uruguay que analizará los efectos de la interacción entre el hidrógeno y la radiación electromagnética

Benjamin Winkel/ HI4PI Collaboration Mapa del cielo elaborado por radiotelescopios donde se refleja la radiación del hidrógeno en una frecuencia de 1 gigahercio. La banda horizontal del centro representa a la Vía Láctea. La mancha de abajo, a la derecha, son dos galaxias cercanas, las Nubes de MagallanesBenjamin Winkel/ HI4PI Collaboration

Luego de tres años de planificación y al liberarse la financiación proveniente de agencias del Reino Unido y de Brasil, este año se iniciará la construcción de un radiotelescopio en el norte de Uruguay con el cual se contempla identificar una frecuencia específica de la radiación electromagnética emitida por el hidrógeno hace miles de millones de años. Con este nuevo equipamiento a disposición, físicos brasileños, ingleses, suizos, uruguayos y chinos pretenden obtener mayor información acerca de la distribución de las galaxias y fenómenos que ocurrieron cuando la materia se separó de la radiación electromagnética, 370 mil años después de la explosión que habría originado el Universo, el Big Bang, ocurrido hace unos 13.700 millones de años.

Según los expertos, en la época en que se produjo esa separación entre materia y radiación, las partículas atómicas formaban un plasma con una temperatura de alrededor de 3 mil grados Celsius. En ese plasma primordial había ondas de materia formadas por la interacción entre materia y radiación electromagnética. Luego de la separación de la materia y la radiación, las ondas que se propagaban por el espacio se congelaron, generando correlaciones en la distribución de la materia”, explica el físico Élcio Abdalla, docente del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y coordinador del proyecto junto al físico Carlos Alexandre Wuensche, investigador del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe).

El radiotelescopio fue nombrado Bingo, sigla inglesa por Baryon Acoustic Oscillations in Neutral Gas Observations u observaciones de gas neutro (en este caso, el hidrógeno) de las oscilaciones acústicas bariónicas, que son las ondas generadas por la interacción de los átomos (o materia bariónica) con la radiación. El objetivo consiste en medir una radiación típica del hidrógeno, el elemento más común del Universo, en una línea de emisión electromagnética con una longitud de onda de 21 centímetros, el equivalente en frecuencia a 1,421 gigahercios (GHz), que llega a la Tierra con frecuencias entre 0,9 y 1,2 GHz, a causa de la distancia desde donde se emitió esa radiación.

Colaboración
Para la construcción de los dispositivos y el montaje del telescopio, los brasileños, por medio de la FAPESP, participan aportando 12 millones de reales, y los ingleses con unos 850 mil dólares, al tiempo que los suizos se comprometieron a fabricar y enviar equipamientos presupuestados en 800 mil dólares y los chinos aseguraron una financiación mínima de 300 mil dólares, según Abdalla. “Existen varias razones que avalan la participación y el liderazgo de Brasil en un proyecto como el Bingo”, dice. Según el físico, la construcción del radiotelescopio redundará en “una sólida transferencia de conocimientos técnicos para el país, por medio de la interacción con equipos de otros países para la construcción de nuevos tipos de equipamientos. Y citó como ejemplo al grupo de la Universidad de Manchester, en Inglaterra, líder en la construcción de radares desde la Segunda Guerra Mundial. A su vez, la colaboración con los suizos podría derivar en el perfeccionamiento de los equipos brasileños de instrumentación y observaciones de microondas. “Se trata de la primera gran colaboración internacional encabezada por el equipo de São Paulo y, de hecho, traerá consecuencias muy positivas para nuestra área en Brasil, justamente porque testeará también teorías postuladas en el país”, destaca Abdalla.

“Desde el punto de vista científico, éste es un proyecto de primera línea, que sondeará uno de los misterios más profundos de la naturaleza: el hecho de que una parte oscura y desconocida del Universo es responsable del 95% de su constitución”, sostiene Abdalla. Uno de los miembros del comité supervisor del proyecto del radiotelescopio en Uruguay, Steve Torchinsky, físico del Observatorio de París, declaró a Pesquisa FAPESP: “Decimos que el Universo se está expandiendo en forma acelerada, pero no sabemos por qué. A este misterio lo denominamos energía oscura, pero no conocemos su naturaleza ni cómo funciona. Puede que el Bingo ayude a dilucidar el misterio de la energía oscura, redundando en un enorme aporte para nuestra comprensión del Universo, a un costo bastante accesible”.

Las informaciones recabadas por medio del radiotelescopio también servirán para probar la hipótesis del grupo de la USP que postula que la energía oscura ‒una forma hipotética de energía que actualmente responde por alrededor del 68% de la energía del Universo y sería la causa de su continua expansión‒ podría interactuar con la materia oscura ‒supuestamente responsable de alrededor del 27% de la masa del Universo, pero aún no observada en forma directa‒, explicando la formación y distribución de la masa del Universo.

Por medio del nuevo radiotelescopio, si es que funciona tal como se espera, “podremos conocer la historia de la expansión del Universo con bastante precisión”, le dijo Mark Birkinshaw, físico de la Universidad de Brístol, en el Reino Unido y participante del proyecto a Pesquisa FAPESP. El investigador remarcó una de las dificultades que habrá que afrontar: la señal de radio del Bingo es bastante débil, y por eso, “deben recabarse una gran cantidad de datos”. Según Birkinshaw, otro de los desafíos consistirá en remover o evitar las interferencias externas, dado que el rango de frecuencia en que operará el radiotelescopio está cerca del de dispositivos tales como celulares, televisores, aviones y satélites, por eso, para reducir los ruidos, se instalará el radiotelescopio en una zona poco poblada del norte de Uruguay.

“La construcción del Bingo será de gran importancia para la comunidad científica de Uruguay”, comenta el físico Gonzalo Tancredi, de la Universidad de la República, en Montevideo. “Contamos con un gran grupo de astronomía en ciencias planetarias y otro de física teórica en gravitación cuántica, pero no disponemos de estudios en cosmología observacional”, comenta. “El Bingo nos permitirá contactarnos con los líderes internacionales del área. También será una oportunidad para aprender sobre el estado del arte en las técnicas de detección y análisis de ondas de radio”. Según él, el Departamento de Telecomunicaciones del Ministerio de Industria está muy interesado en el proyecto.

De acuerdo con el proyecto, el Bingo dispondrá de dos espejos, uno de 48 metros (m) de diámetro con una inclinación de 45º y otro vertical de 40 m, el equivalente a un edificio de 16 y otro de 13 pisos, respectivamente. Los espejos estarán montados sobre una estructura de metal con una masa que Clive Dickinson, físico de la Universidad de Manchester, estimó en 80 toneladas y cuyo costo rondará el millón de dólares. Una estructura similar sostendrá, ubicadas a 10 metros de la base, a las 50 cajas con las denominadas cornetas, unos conos de 4,7 m de altura por 1,7 m de diámetro. Las cornetas, formadas por anillos sucesivos de aluminio con diferentes diámetros y un peso estimado en 380 kilogramos cada una, captarán las señales en el segundo espejo.

Una carrera mundial
A diferencia de otros radiotelescopios, cuya antena es móvil y realiza un barrido del cielo, el Bingo será fijo y escudriñará un área de 15º en busca de radiación de 1 GHz de las nubes de hidrógeno neutro de los conglomerados de galaxias. “El equipo del Bingo está intentando, en simultáneo con otros grupos, realizar algo difícil y con distintos equipamientos”, dijo Birkinshaw. “Se ha instaurado una carrera interesante”.

El Bingo será menor que otros similares en construcción en diversos países para analizar las oscilaciones bariónicas y estudiar la energía oscura, pero su costo será menor. Según Abdalla, será menos eficiente que el Square Kilometer Array (SKA), cuyos espejos serán fabricados en Sudáfrica y las antenas en Australia, y el tamaño del radiotelescopio de Uruguay será similar al del Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (Chime), en construcción en Canadá, y al Tianlai, de China.

En la localidad de Cachoeira Paulista (São Paulo), un radiotelescopio del Inpe denominado Mapeo de la Emisión Galáctica (GEM, por sus siglas en inglés), en funcionamiento desde el comienzo de los años 2000, con una antena de 5,5 m, cubre el 47% del firmamento y registra la radiación de la Vía Láctea en un rango de frecuencias entre 0,4 y 5 GHz. Según Thyrso Villela, físico del Inpe que forma parte del equipo brasileño, uno de los mapas celestes más recientes generados por este radiotelescopio, definiendo la variación de la intensidad de la radiación de 1,465 GHz de nuestra galaxia, ayudará al equipo del Bingo a entender mejor la información proveniente de millones de galaxias en simultaneidad.

Proyecto
​El Telescopio BINGO: Una nueva ventana de 21 cm para la exploración del Universo Oscuro y otros asuntos astrofísicos (nº 14/07885-0); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Elcio Abdalla (USP); Inversión R$ 12.232.307,59​​

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