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SCIencia: ondas, un asunto de gravedad

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Fecha de Publicaci贸n
2017/10/16
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Imagen de portada: Telescopio Swope, cerro Las Campanas. Tomada por Alejandro Villegas.
Le damos la bienvenida nuevamente a Sin Conflictos de Inter茅s (SCIencia), la secci贸n que nadie lee porque no tenemos auspiciadores que nos permitan hacernos autobombo.
Esta vez tuvimos la suerte de hablar con Natalie Ulloa, Licenciada en F铆sica con menci贸n en Astronom铆a y candidata a Mag铆ster en Astronom铆a de la Universidad de la Serena en Chile. Natalie es la astr贸noma chilena que observ贸 el primer punto de luz generado por una colisi贸n de estrellas de neutrones que unas horas antes hab铆a sido observada simult谩neamente mediante ondas gravitacionales y por la observaci贸n de pulsos de rayos gamma (le invitamos a leer nuestro post completo sobre el tema visitando este enlace).
Natalie, usando el telescopio Swope 鈥攄e solo un metro鈥 en el observatorio de Las Campanas, fue la primera persona en observar el fen贸meno en el espectro visible. Por ello, no pod铆amos desaprovechar la oportunidad para hacerle algunas preguntas que nos permitan entender mejor qu茅 observ贸 y qu茅 significa para la ciencia.

Natalie, cu茅ntanos un poco la trastienda de esto. 驴Pensaste que aquella noche ser铆a especial? 驴Pensabas en alguien especial D E 聽聽R E G I 脫 N?

Si bien sab铆a que no era una noche normal de observaci贸n, ya que la pauta con la lista de 聽objetos candidatos de la noche iba a ser distinta a los que ven铆a regularmente trabajando, jam谩s pens茅 que iba a ser tan especial. 驴Qui茅n podr铆a preverlo?
驴Si pens茅 en alguien especial? Mmmm, no.

驴Qu茅 viste con los ojos de la cara?

Las condiciones ambientales de aquella noche, noche invernal, fueron 贸ptimas. Algo que lamentablemente no se ven铆a dando tan a menudo. Quiero decir: baja humedad, casi ausencia de nubes y nada de viento. A pesar de eso, primero no vi NADA. Ten铆a una larga lista de galaxias (regiones) candidatas a observar, por lo que la probabilidad de observar algo es casi la misma que de no observar nada. La pauta est谩 dise帽ada para observar constantemente por lo que, aprovechando las condiciones, esa noche en particular fue una locura. Siguiendo esta pauta, hay un momento en que la gente de la Universidad de California, Santa Cruz (UCSC), los l铆deres del proyecto (Swope Supernova Survey), me pidieron que volviera a tomar una imagen de una galaxia llamada NGC 4993. Debido a la densidad de trabajo de esa noche, no sospech茅 nada raro. Imagino que ellos ya se hab铆an dado cuenta de que hab铆a observado algo especial... Esa galaxia result贸 ser aquella que hospedaba (host Galaxy) estas estrellas de neutrones que colisionaron.

驴Cu谩ndo supiste que lo que hab铆as visto era una fusi贸n de estrellas de neutrones?

Luego de esa imagen de la galaxia NGC 4993, que est谩 cerca de una galaxia lenticular (entre el铆ptica y espiral), continu茅 trabajando con el resto de la lista de objetos de la pauta. La noche sigui贸 su curso normal. Sin sobresaltos.
Con el correr de los d铆as me confirmaron que hab铆a algo especial, pero el hermetismo era tal que no ten铆a forma de saber bien qu茅 era. Casi un mes despu茅s, me llega un mail de Ryan Foley, l铆der del proyecto Swope Supernova Survey. Desde que le铆 Harry Potter, debe ser el texto que m谩s me emocion贸 en a帽os.
El mail part铆a as铆: 芦Natalie, aquella loca noche de agosto, observaste la primera contraparte 贸ptica de una fuente de onda gravitacional. De hecho, 隆nuestras im谩genes fueron las primeras! Si miras los datos, 隆te dar谩s cuenta de que eres probablemente la primera persona en el mundo en ver fotones 贸pticos de una contraparte de onda gravitacional!禄.
Tom茅 un poco de aire y continu茅 leyendo la peor parte: 芦Todo lo relacionado con este trabajo, la observaci贸n e incluso la existencia del objeto son confidenciales. No puedes hablar con nadie que no sea del equipo sobre estas cosas. Eso significa que no puedes decirle a amigos / familiares / ni a otros observadores nada de esto hasta que las cosas se anuncien, en aproximadamente un mes禄.
Fue como saber el final de Game of Thrones y no poder gritarlo al mundo (aunque a煤n no la veo, dicen que es buena).
A la izquierda, una imagen del Hubble Space Telescope de la NASA de la galaxia NGC 4993 captada en abril y a la derecha, la imagen captada por el telescopio Swope el d铆a 17 de agosto. La flecha indica la colisi贸n de las estrellas de neutrones.

驴Qu茅 es una estrella de neutrones? (En lenguaje para diputados)

En t茅rminos simples, una estrella de neutrones es un remanente de una estrella masiva. Estrellas masivas les llamamos a aquellas estrellas que tienen entre 20-30 veces la masa del sol, entre 20-40 mil 掳C de temperatura (el sol tiene 5500 掳C) y que son entre 1.000 y 100.000 veces m谩s luminosas que el sol. Estas estrellas terminan explotando como supernovas, junto con el colapso gravitatorio, lo que da origen a dos posibles destinos dependiendo de la masa del n煤cleo compuesto por hierro inerte. Si la masa supera un l铆mite llamado 芦de Chandrasekhar禄, que es 1,44 veces la masa del Sol, obtenemos a la nueva chica popular, una estrella de neutrones. Si supera las 3 masas solares, obtenemos un agujero negro. Los agujeros negros son mucho m谩s densos que las estrellas de neutrones. De hecho, son tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de su campo gravitatorio.
La densidad de este n煤cleo remanente es tan grande que los protones (part铆culas con carga positiva) y electrones (part铆culas con carga negativa) se combinan para producir neutrones, part铆culas de carga neutra: de ah铆 el nombre de estas estrellas.
Un ejemplo muy usado para entender la densidad que poseen es la del cubo o terr贸n de az煤car (de un cent铆metro c煤bico): si sac谩ramos un cubo de ese tama帽o de la materia de la estrella de neutr贸n, 隆pesar铆a alrededor de cien mil millones de toneladas o m谩s!
Otra caracter铆stica es que, debido a su peque帽o tama帽o, estas estrellas tienden a rotar muy muy r谩pido, de forma similar a un patinador que gira con los brazos abiertos y luego los acerca a su pecho, lo que acelera su rotaci贸n... Pero no tanto como una estrella de neutrones, que rota a una velocidad promedio de 70.000 km/s. Adem谩s, poseen un intenso campo magn茅tico: los polos emiten un chorro de radiaci贸n electromagn茅tica (de rayos gamma y rayos X). En las estrellas de neutrones, los polos de rotaci贸n y los polos magn茅ticos no coinciden, de modo que los polos magn茅ticos y el chorro van girando junto con la estrella. Es decir, no apuntan siempre en la misma direcci贸n. As铆 es que si miramos una de estas estrellas desde la Tierra, vamos a recibir ese chorro solo por un instante y luego el chorro lo percibiremos de nuevo cuando el polo magn茅tico apunte hacia la Tierra. Estas son las otras rockstar, las estrellas pulsares, que tienen ese nombre debido al pulso de radiaci贸n que se percibe cada cierto tiempo.
Ahora que ya conocemos un poco estas estrellas, que parecen algo radicales, imaginen c贸mo ser铆a una colisi贸n de estas dos preciosas: generan una s煤per explosi贸n de rayos gamma, mucha luz en el espectro visible y 隆隆隆ONDAS GRAVITACIONALES!!! (a煤n m谩s radicales). Claro que este evento no tiene un larga duraci贸n, es por eso que tambi茅n es dif铆cil de observar. Y por eso es tan importante lo que observamos.

驴C贸mo afecta esto a Boca?

Chile qued贸 fuera del mundial, no quiero hablar de f煤tbol.

驴Por qu茅 un telescopio peque帽o pudo detectarla?

El objeto es muy brillante. Si uno mira la imagen, es muy similar a lo que ves cuando captas una supernova (la explosi贸n de una estrella masiva cuando muere). Entonces, el peque帽o Swope (de solo un metro) fue capaz de captarlo perfecto, pese a que este objeto est谩 a 40 megaparsecs, algo as铆 como 130 millones de a帽os luz.
Este es el telescopio Swope (fotograf铆a de David Coulter-UCSC).

驴C贸mo supiste que ten铆as que mirar esas coordenadas?

Como dije antes, hay una pauta de objetos donde vienen las coordenadas de las galaxias candidatas. Cada noche de observaci贸n est谩 previamente definida. Esto lo defini贸 el grupo聽Swope Supernova Survey mediante el uso de un mapa tridimensional que usa LIGO para definir una regi贸n objetivo, junto con un algoritmo que muestra las galaxias m谩s probables a contener la fuente. Pero en ese momento era dif铆cil saber exactamente cu谩l coordenada era la correcta, ya que todas las galaxias ten铆an probabilidad de ser hospedadoras.

Si fueras un animal, 驴qu茅 animal ser铆as y por qu茅 ese animal tendr铆a como pareja a una esponja?

Un insecto, descartado. Podr铆a ser una lagartija: soy veranista y me parece que pasar el d铆a tomando sol es una buena vida. Pero siempre con protector solar, obvio. Factor 50 pa鈥檙riba. 驴Una esponja como pareja? No le veo ninguna relaci贸n posible. Debo replantear c贸mo tomo mis decisiones...

驴Hubo alguna diferencia metodol贸gica entre lo que ustedes hicieron en el Swope comparado a lo que hicieron los otros observatorios?

No s茅 los detalles en otros observatorios, pero en Swope lo que hicimos para capturar estos objetos fue usar tiempos cortos de exposici贸n, entre 60 y 90 segundos. Piensen en cuando ustedes toman una foto. Entre m谩s tiempo abierto el obturador, m谩s luz entra. En este caso, el objeto que est谩bamos buscando era muy brillante, as铆 que tiempos m谩s largos no eran necesarios, al menos para la detecci贸n.
Tiempos cortos de exposici贸n nos permiten capturar una cantidad mucho mayor de objetos en funci贸n del tiempo y ser m谩s eficientes en la b煤squeda. 聽Adicionalmente, est谩bamos usando un filtro especial que nos permit铆a detectar objetos en un rango espec铆fico de longitud de onda (m谩s rojo).

驴Por qu茅 tanta faramalla con la observaci贸n del evento c贸smico generado por la colisi贸n de estrellas de neutrones? 驴No es mucha la alharaca?

Es la primera vez que se puede observar de forma casi simult谩nea por diferentes observatorios, con diferentes tipos de detecci贸n y en diferentes lugares del mundo un evento como este. Desde 2015, el resto de las ondas gravitacionales detectadas corresponden a colisiones de agujeros negros, cuya caracter铆stica principal es casi obvia: no emiten luz. En este caso, es la primera vez que se capta este tipo de ondas desde una fuente luminosa como una estrella de neutrones. Esto abrir谩 sin duda un nuevo campo en astronom铆a. Por ejemplo, nos ayudar谩 a estudiar tanto estas colisiones como a las estrellas de neutrones, cuyo interior a煤n son un misterio para la ciencia. Tambi茅n servir谩 para entender la naturaleza de la gravedad y para saber finalmente qu茅 le pasa a Lupita. Adem谩s, esto nos deja un precedente de la metodolog铆a para mejorar las estrategias de b煤squeda de estos eventos con telescopios 芦normales禄 como nuestro humilde Swope, para futuras detecciones de ondas gravitacionales de este tipo de colisiones.
Este es un paso gigante.

驴Le has tomado el peso a lo que esta primera observaci贸n gener贸 a nivel mundial?

Cuando supe qu茅 era realmente lo que hab铆a observado aquella noche, la verdad es que qued茅 un poco en shock. Comenc茅 a reaccionar cuando me pidieron absoluta confidencialidad y luego cuando me invitaron como coautora de diversos art铆culos cient铆ficos que iban a ser sometidos a la revista Science para su publicaci贸n. 隆Una de las revistas de ciencia m谩s prestigiosas del mundo! El sue帽o de muchas personas que se dedican a la ciencia es alguna vez publicar un art铆culo ah铆. Imag铆nate que de un d铆a para otro soy parte de la lista de autores de tres... Es realmente un sue帽o.
Pero, m谩s all谩 de esto, creo que el azar fue fundamental. Tuve la suerte de estar en el lugar correcto en el momento preciso. La lista de regiones candidatas a observar era GIGANTE, por lo que haber estado esa noche, que las condiciones ambientales se dieran perfectas para la observaci贸n y haber captado este evento es algo que le podr铆a haber pasado a cualquiera de quienes estamos trabajando en el programa de observaci贸n. Me siento orgullosa del equipo al que tengo la suerte de pertenecer y estoy muy agradecida de mi compa帽ero de mag铆ster, Abdo Campillay. 脡l, hace justo un a帽o, me ense帽贸 todo lo que s茅 respecto al manejo del telescopio Swope. Que es, nada m谩s y nada menos, el equipo que capt贸 por primera vez una fuente luminosa proveniente de una onda gravitacional.