El 15 de abril, a las 20.00 hora local, el Observatorio Vera Rubin, al norte de Chile, registró sus primeros fotones de luz estelar. Al principio, las imágenes que llenaban las pantallas de la sala de control del Cerro Pachón, parecían un campo de estática nevada en una televisión vieja. Pero, al aumentar el zoom, las manchas pronto se resolvieron en un incontable número de estrellas y galaxias que flotaban entre enormes y tenues nubes de polvo, como diminutas motas multicolores de pintura salpicadas sobre una vasta pared negra.
“Hubo una gran cantidad de vítores y gritos, a la gente se le salían las lágrimas”, recuerda Alysha Shugart, una física que vio cómo se desarrollaban los acontecimientos aquella noche. “Aquellos pequeños fotones no tenían ni idea de la alfombra roja que se había desplegado para su recepción”.
La llegada de aquellos fotones —muchos de ellos procedentes de estrellas y galaxias antiguas y que llevaban miles de millones de años viajando por el universo— marcó un bonito momento de simetría.
Habían pasado exactamente diez años desde que se iniciaron los trabajos en Cerro Pachón para construir el observatorio; también marcaba el comienzo de un proyecto de diez años —La Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST, por su sigla en inglés)— que hará que el telescopio Rubin tome repetidamente imágenes de altísima resolución de todo el cielo nocturno del hemisferio sur cada tres o cuatro días.
El nombre de Vera Rubin (1928-2016) quedará inmortalizado en un observatorio en Chile.
Rubin observará con más detalle el cosmos y desvelará más incógnitas que ninguna otra máquina anterior. Recogerá tanta información —trillones de puntos de datos sobre más de 40,000 millones de estrellas nuevas, galaxias y otros objetos cósmicos— tan rápidamente que transformará la astronomía a su paso.
Solo en su primer año, duplicará la cantidad de datos recogidos hasta ahora por todos los demás instrumentos de la historia de la astronomía óptica. Recogerá 20 terabytes de datos de imágenes en bruto cada noche y, en el transcurso de la LSST, producirá más de 500 petabytes de imágenes y análisis. Por primera vez, los astrónomos dispondrán de un lapso de tiempo de una década del cielo nocturno.
Esta última parte es la que tiene más expectantes a los científicos. Hasta ahora, los observatorios astronómicos se han centrado en tomar instantáneas detalladas de puntos diminutos del cielo nocturno. Pero “el cielo y el mundo no son estáticos”, afirma Yusra Al-Sayyad, investigadora de la Universidad de Princeton que supervisa los algoritmos de procesamiento de imágenes de Rubin.
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“Hay asteroides que pasan a toda velocidad, supernovas que explotan”. Muchos de estos objetos rápidos o transitorios solo pueden ser vistos por los grandes observatorios si apuntan exactamente en la dirección correcta en el momento exacto. “Hoy en día no tenemos realmente una imagen muy completa, amplia y profunda del universo”, afirma Leanne Guy, física del Rubin.
Rubin colmará esa laguna. Su cámara de 1.7 m de longitud y 3,200 megapixeles —la mayor cámara digital jamás construida— tiene un enorme campo de visión, equivalente a una zona del cielo cubierta por 45 Lunas llenas.
La cámara se alimentará de la luz estelar reflejada en un espejo primario de 8.4 metros de ancho, que los científicos de la Universidad de Arizona tardaron siete años en pulir para darle su forma única. A pesar de su tamaño, los espejos, el telescopio y la gigantesca cúpula plateada que lo alberga pueden moverse todos juntos a gran velocidad.
El telescopio podrá tomar una imagen cada 30 segundos y su “cerebro” —un programa informático conocido como programador— utilizará algoritmos de aprendizaje automático para determinar cada noche los mejores lugares hacia los que apuntar la cámara, intentando cubrir la mayor parte posible del cielo y evitando al mismo tiempo obstáculos como nubes o satélites de . A lo largo de una década, cada punto del cielo será fotografiado unas 800 veces.
En una imagen publicada esta semana por el equipo de Rubin, por ejemplo, los astrónomos identificaron, tras diez horas de observaciones, más de 2,000 asteroides del sistema solar que nunca antes se habían visto (incluidos siete asteroides cercanos a la Tierra). En comparación, todos los demás observatorios terrestres y espaciales descubren cada año unos 20,000 asteroides en total.
Durante la LSST, Rubin realizará el censo más detallado hasta la fecha de millones de objetos aún desconocidos del sistema solar, lo que incluye triplicar el número de objetos conocidos que podrían acercarse a la Tierra y encontrar alrededor del 70% de los asteroides clasificados como “potencialmente peligrosos”, es decir, mayores de 140 metros de ancho. Si, como creen algunos científicos, existe un noveno planeta oculto entre las nubes de rocas en algún lugar más allá de Neptuno, Rubin lo encontrará.
Vigilancia celeste
El censo se extenderá mucho más allá del sistema solar. Como la cámara de la LSST volverá muchas veces al mismo punto del cielo durante su estudio de una década de duración, los astrónomos podrán combinar muchas imágenes del mismo lugar. Cuanto más débil sea un objeto, más lejano y antiguo es probable que sea y, por tanto, cientos de imágenes apiladas acabarán revelando las estrellas y galaxias más antiguas.
Al registrar detalles —como los colores, las formas, las posiciones y los movimientos— de más de 17,000 millones de estrellas y 20,000 millones de galaxias, se espera que Rubin elabore un catálogo del cielo nocturno que los cosmólogos puedan usar para construir su imagen más detallada hasta la fecha del universo primitivo y examinar cómo ha evolucionado con el tiempo. Esto será crucial para dos de los principales objetivos del observatorio Rubin: comprender la naturaleza de la materia oscura y de la energía oscura.
Este es el universo oscuro para el que se concibió Rubin a finales de la década de 1990. La homónima del observatorio, Vera Rubin, fue una astrónoma estadounidense que, en la década de 1970, se hizo famosa al medir que las estrellas del borde de la cercana galaxia de Andrómeda se movían igual de rápido como las del centro, algo imposible si solo hubiera materia normal. Su descubrimiento demostró la existencia de la materia “oscura”, que no puede verse e interactúa con la materia normal solo a través de la gravedad.
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Dos décadas más tarde, los científicos descubrieron un agujero aún mayor en el universo: se descubrió que una sustancia misteriosa aceleraba el ritmo de expansión del espacio. Resultó que la energía oscura constituía el 68% de la masa del universo y la materia oscura alrededor del 27%. Solo alrededor del 5% procede de la conocida materia “normal” que constituye las estrellas, los planetas, el polvo y todo lo que hay en la Tierra.
Comprender cómo se comporta el universo oscuro invisible depende de mejores observaciones del visible. Una de las formas en que la LSST de Rubin ayudará es midiendo cómo se distorsiona la luz de galaxias muy lejanas por la fuerza gravitatoria de la materia que hay entre ellas y la Tierra. Estas mediciones proporcionarán a los astrónomos detalles sobre cómo está dispuesta la materia en el universo y también sobre cómo se mueve. Ambas cosas son pistas importantes sobre la naturaleza del universo oscuro.
El estudio de la energía oscura, en particular, recibirá un impulso. Este fenómeno se descubrió en la década de 1990, cuando los científicos estudiaban los movimientos de las pocas docenas de supernovas de las que tenían conocimiento en aquel momento.
Rubin será, según los científicos que trabajan allí, una “fábrica de supernovas” que podría descubrir miles de millones más de estas estrellas en explosión, proporcionando a los cosmólogos un conjunto de datos mucho mayor para estudiar con mayor profundidad y precisión, y con estadísticas mucho mejores, cómo se comporta la energía oscura.
Los datos de Rubin no se quedarán en la cima de la montaña de Chile. Menos de diez segundos después de que los obturadores de la cámara de LSST se cierren cada día, todo se transferirá, a través de fibras ópticas dedicadas, a las computadoras del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC de California (las copias de seguridad irán a centros de datos de Francia y el Reino Unido).
En el SLAC, un proceso automatizado limpiará primero las imágenes y realizará un análisis inicial que buscará objetos que, por ejemplo, hayan aparecido por primera vez o hayan cambiado significativamente de posición o brillo desde la noche anterior.
Estos cambios —probablemente habrá millones por noche— se filtrarán rápidamente (mediante algoritmos más especializados) en una lista de prioridades y se transmitirán a otros observatorios de todo el mundo, que podrán hacer un seguimiento con mediciones directas más detalladas. Todo ello de forma autónoma. “Es absolutamente imposible que un ser humano pueda revisar estas alertas con su ojo”, afirma Guy. “No hay manera”.
Está previsto que LSST comience a funcionar en Rubin en octubre. Mientras tanto, los instrumentos instalados en Cerro Pachón seguirán probándose, volviéndose a probar y calibrándose. Aunque la misión principal del Rubin está fijada por ahora, los científicos que construyeron el observatorio saben que, en última instancia, lo que tienen a su disposición es una máquina de descubrimientos. “Lo que más me entusiasma de Rubin a largo plazo”, dice Guy, “son las cosas en las que ni siquiera hemos pensado”.
