Del RGV al cosmos: escuchando las ondas cósmicas
FOTO CORTESIA UTRGV/DAVID PIKE
Brownsville no es solo una ciudad en la frontera; es una ciudad en la frontera del cosmos. En el campus de UTRGV en Brownsville, investigadores buscan detectar ondas gravitacionales, ondulaciones cósmicas en el espacio-tiempo creadas por eventos astrofísicos masivos, que pueden brindarnos información sobre agujeros negros, estrellas de neutrones y quizás hasta lo que sucedió en el universo temprano, antes de que la luz pudiera emerger.
Antes de la primera detección
Investigar las ondas gravitacionales en la década de 1990 era difícil, ya que los astrofísicos no contaban con la tecnología necesaria para detectarlas.
“La mayoría de los físicos y prácticamente todos los astrónomos consideraban que el esfuerzo era inútil. No solo había resistencia entre la comunidad astronómica, sino que muchos físicos también dudaban de que alguna vez se alcanzara el nivel de precisión necesario para detectar ondas gravitacionales”, dijo Mario Díaz, profesor de física y astronomía en UTRGV.
A pesar de contar con tecnología limitada, el programa de física de la Universidad de Texas en Brownsville (UTB), ahora UTRGV, miraba hacia el futuro.
Díaz y sus estudiantes comenzaron a escribir programas y algoritmos capaces de analizar datos y procesar señales antes de que se construyeran los detectores de ondas gravitacionales. Hoy en día, también diseñan componentes ópticos e instrumentación que ayudan a reducir el ruido en los detectores, incluso mitigando los efectos del calor generado por los rayos láser infrarrojos utilizados en los observatorios.
En lugar de esperar a que se construyeran detectores como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) en Estados Unidos, Virgo en Italia y el Detector de Ondas Gravitacionales Kamioka (KAGRA) en Japón, Díaz dijo que la universidad se sumó a un esfuerzo más amplio para desarrollar software que se utilizaría para buscar y analizar los datos una vez que los enormes detectores entraran en funcionamiento.
“No había datos. Pero nuestro grupo formaba parte de un esfuerzo mucho más amplio para escribir el software que se utilizaría para analizar y buscar en los datos de los detectores una vez que entraran en funcionamiento”, dijo Díaz.
A medida que avanzaba la investigación sobre las ondas gravitacionales, también lo hacía el programa en Brownsville.
UTB recibió varias subvenciones y premios de la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), lo que ayudó a ampliar la investigación instrumental en el Departamento de Física y Astronomía. En 2003, la universidad estableció el Centro de Astronomía de Ondas Gravitacionales y reclutó a físicos experimentales adicionales.
Tras la creación de UTRGV, este trabajo continuó en la universidad. Posteriormente, pasó a formar parte del Instituto de Ciencias Espaciales del Sur de Texas (STSSI), que unificó el Centro de Astronomía de Ondas Gravitacionales (CGWA), el Centro de Radioastronomía Avanzada (CARA) y otros esfuerzos de investigación relacionados con el espacio en toda la universidad.
Hoy en día, los investigadores de STSSI continúan buscando diferentes tipos de señales de ondas gravitacionales. Joe Romano, profesor de física y astronomía y director de STSSI, estudia lo que se conoce como el fondo estocástico de ondas gravitacionales, señales superpuestas provenientes de muchas fuentes independientes que llegan a los detectores al mismo tiempo.
“Podría ser la señal combinada producida por cientos de miles de pares de agujeros negros supermasivos orbitándose entre sí en los centros de galaxias en proceso de fusión, a lo largo del tiempo cósmico”, dijo Romano.
Romano, sus estudiantes y colegas trabajan para detectar las extremadamente pequeñas distorsiones en el espacio-tiempo que podrían revelar este fondo.
“Una manera de hacerlo es utilizar interferómetros láser de gran escala y alta sensibilidad, como LIGO”, dijo Romano.
Pero las ondas gravitacionales son solo una de las maneras en que los investigadores pueden observar estos eventos cósmicos.
Observatorio Internacional TOROS
A finales de 2009, las colaboraciones LIGO y Virgo comenzaron a trabajar con astrónomos para buscar contrapartes electromagnéticas de posibles señales de ondas gravitacionales, utilizando observaciones en distintas longitudes de onda, incluidas la luz visible y los rayos X.
Los investigadores esperaban que algunos eventos capaces de producir ondas gravitacionales, como las fusiones de estrellas de neutrones y las supernovas, también pudieran producir señales electromagnéticas detectables.
La combinación de estas diferentes fuentes de información se conoce como astronomía multimensajera. Los cuatro mensajeros que estudian los astrónomos son la radiación electromagnética, los rayos cósmicos, los neutrinos y las ondas gravitacionales.
A medida que crecía el interés en la astronomía multimensajera, Díaz trabajó con otros investigadores para identificar un sitio para un observatorio que pudiera ampliar la investigación astronómica de la universidad.
En 2013, Díaz colaboró con Diego García Lambas, de la Universidad Nacional de Córdoba en Argentina, y Lucas Macri, de la Universidad de Texas A&M, para desarrollar el Observatorio Óptico Robótico de Transitorios del Sur (TOROS). El equipo seleccionó un sitio en el Parque Nacional El Leoncito, al oeste de San Juan, Argentina.
Díaz dijo que TOROS ayudará a formar a la próxima generación de astrónomos especializados en “big data” provenientes de diversas comunidades del Valle del Río Grande, otras partes de Texas y Argentina.
De acuerdo con un trabajo de investigación publicado en The Astrophysical Journal Letters, la colaboración TOROS contribuyó significativamente a la primera detección de ondas gravitacionales correlacionada con una observación electromagnética.
UTRGV como líder en investigación y desarrollo
El Instituto de Ciencias Espaciales del Sur de Texas de UTRGV es un importante colaborador en el campo de la investigación de ondas gravitacionales y en el desarrollo de estudiantes locales, como lo demuestra el hecho de que varios profesores de UTRGV fueron reconocidos con el Special Breakthrough Prize en 2016. Además, Díaz recibió la Medalla Leopoldo García-Colín de El Colegio Nacional en Ciudad de México en 2020 por su apoyo a estudiantes latinoamericanos.
Los profesores de física de UTRGV en Brownsville han publicado cientos de trabajos de investigación y varios libros, incluido The Sounds of the Cosmos, de Díaz, coescrito con los profesores de la Universidad Estatal de Luisiana Gabriela González, quien se desempeñaba como portavoz de LIGO cuando se detectó la primera onda gravitacional en 2015, y Jorge Pullin, cuya investigación incluye agujeros negros y gravedad cuántica.
Su trabajo en el desarrollo y la mentoría de estudiantes también ha contribuido a que exalumnos sigan carreras como profesores e investigadores. En conjunto, estos esfuerzos han establecido a UTRGV como un centro activo para la investigación de ondas gravitacionales, al mismo tiempo que crean oportunidades para que estudiantes del Sur de Texas participen en este campo. Lo que comenzó con un pequeño grupo de investigadores en Brownsville se ha convertido en una vía que ahora lleva a estudiantes del RGV al mismo campo que está reescribiendo lo que sabemos sobre el universo.
—Traducido por Gael De La Fuente
