HETDEX: el "efecto Zero" en astronomía

T.E.L: 5 min.

Cómo el experimento HETDEX montado en uno de los mayores telescopios está cambiando la forma de estudiar el universo.

El Telescopio Hobby-Eberly existe desde 1996. En los últimos años se actualizó al aparato con mejor equipamiento para que pueda llevar adelante las tareas finas requeridas para el experimento HETDEX destinado a investigar la energía oscura.
El telescopio es ya de por sí excepcional: tiene una apertura efectiva de 10 metros y 78 m2, un arreglo de espejos hexagonales de 91 segmentos. Su construcción costó el 20% de otros telescopios de 9 metros por su particular diseño, situado en un ángulo de elevación de 55º. Cada segmento del conjunto de espejos es de 1 metro y su alineación es posible por una serie de actuadores ajustables a 1/3 de la longitud de onda de la luz (218 nm). Los segmentos son esféricos, como lentes de contacto, con un radio de curvatura de 26 metros con una precisión de 0.5mm. Un sensor localizado en el centro del segmento del radio de curvatura, a 26 metros del espejo, se halla en la cima de la torre al lado del HET (la torre del Sensor de alineación, CCAS por sus siglas en inglés).

HETDEX y el cambio de paradigma
Usualmente en astronomía y en otras ciencias, se busca algo en particular. Por ejemplo si se quieren investigar cúmulos globulares, se apunta el telescopio hacia algunos de ellos. Lo mismo con otros objetos. En definitiva, se apunta hacia lo que se quiere observar. Con el experimento HETDEX las cosas se harán más bien al revés. El instrumento observará el cielo y acumulará petabytes de datos. Por tanto, no busca nada en particular, sino todo. No es esta metodología completamente nueva: existen desde hace tiempo telescopios que observan las mismas partes del cielo en más de una ocasión y luego los datos almacenados en computadoras son procesados en forma automática para comparar ambas imágenes en busca de alguna alteración, por ejemplo un cambio de luz.

El objetivo del experimento es investigar la energía oscura, para lo cual se proponen estudiar un millón de galaxias a distancias de 9 a 11 mil millones de años luz. Para lograrlo en tiempos adecuados crearon VIRUS, acrónimo de Visible Integral-Field Replicable Unit Spectrographs, es decir espectrógrafos. HETDEX consistirá en 150 unidades VIRUS. Al escindir un espectrógrafo en 150 cajas se hace más rápido su ensamblaje y por menos dinero, según indican en el sitio del experimento. Cada unidad contiene un manojo de 230 fibras ópticas.

Con semejantes tecnologías y las posibilidades actuales de almacenar enormes cantidades de datos se está pasando del paradigma "wysiwyg" ("what you see is what you get", en español "lo que ves es lo que obtienes") para pasar a otro que podría llamarse "lo observas todo, obtienes todo". Pero no es tan simple como parece porque si buscas árboles raros en un bosque enorme es como buscar una aguja en un pajar. Aquí aparece entonces la necesidad del ingenio humano nuevamente, ahora para programar rutinas de procesamiento de datos, con lo cual los astrónomos profesionales son cada vez más programadores de códigos informáticos.

Un comentarista en el sitio Wired recordó muy atinadamente una escena de la película "Zero Effect" (Jake Kasdan, 1998) en la que el protagonista Bill Pullman en la piel del excéntrico detective Daryl Zero dice en voz en off como una enseñanza:

"Unas pocas palabras sobre cómo buscar cosas. Cuando buscas algo específico, tus posibilidades de hallarlo son muy malas porque de todas las cosas en el mundo estás buscando sólo una de ellas. Cuando buscas cualquier cosa en absoluto, tus posibilidades de hallarlo son muy buenas, porque de todas las cosas en el mundo, estás seguro de hallar algunas de ellas".

Sin embargo, ¿esto es realmente así? ¿De verdad van a buscar literalmente "cualquier cosa" como indica un artículo en Wired?

https://youtu.be/LcVph_23VIE
Escenar citada de la película, en inglés.
CÓMO FUNCIONA LA ENERGÍA OSCURA
Las ecuaciones de campo de Einstein incluyen la Constante Cosmológica con una regla precisa para la aceleración cósmica: a mayor tamaño del universo, mayor la aceleración. En otras palabras, la presión que empuja al universo es inversamente proporcional a la densidad, P ∝ w ρ, con w = -1, donde P es presión, p (rho) es la densidad de energía y w es la constante.

Pero ¿es cierto? Una alternativa es que la aceleración de la expansión se deba a la "quintaesencia", una forma de energía cuya fórmula de estado es P=w ρ c² con w variable.
La idea con HETDEX es medir la cantidad, pero también la evolución en el tiempo de la energía oscura para saber si w es constante o variable. Para esto se intentan rastrear las fluctuaciones de la radiación de fondo al observar la distribución de galaxias a gran escala que se formaron de esas fluctuaciones y medir cómo las separaciones entre cúmulos y vacíos cambió con el corrimiento al rojo. Para esto, entonces, hacen falta muchas mediciones de galaxias lejanas.

Un cálculo hecho por los astrónomos de la Universidad Penn-State indica que con HETDEX se obtendrán 10.000 galaxias cada noche, durante 140 noches de observación. Sí, está chequeado: ¡10.000 (diez mil) espectros de galaxias con corrimiento cosmológico (z) entre 1,9 y 3,5!

El domo volador: fotografía de la instalación del domo. Al costado se ve la torre.
La analogía del Efecto Zeta
Volvamos al detective. Una persona desapareció y se intenta saber la razón. Van a su oficina y encuentran 1 millón de libros con anotaciones. Digamos que cada libro indica la fecha en que se empezó a escribir. Si se revisa cada libro y se registra la fecha inicial, se podrá saber, al hacer esto con la totalidad, la velocidad histórica de la escritura de tales libros y cómo esa velocidad fue cambiando. En el momento en que haya un cambio significativo, una aceleración o desaceleración, el detective sabrá en qué momento del espacio-tiempo ocurrió algo importante.

Por eso no es tan cierto que con el telescopio se buscará "cualquier cosa". Empero, sí es cierto, que el instrumento con sus nuevas capacidades se podrá utilizar para investigar diferentes objetos y que el conjunto de observaciones podría contener muchas "armas humeantes", indicios para indagar diferentes aspectos del universo.

Pero también podemos pensar la analogía fílmica de otro modo. Sin contar el cierre de la obra audiovisual, puedo adelantar que al final debemos repensar todo lo que nos contaron. Por otro lado, también se llama "efecto cero" cuando no se encuentra evidencia de algo que se busca.
Lo señalo porque, al igual que se indica en el video divulgativo del Instituto de Física Teórica que está debajo de estas líneas, es bien posible que el universo NO se esté expandiendo en forma acelerada y que la energía oscura no sea necesaria para explicar nada. Cuando cuesta mucho encontrar algo puede ser que sea difícil de hallar o sencillamente que no exista.
Hace falta recordarlo para no ser como aquel otro detective de la película Bajos instintos que se enamora de la sospechosa. Aunque yo no culparía a nadie por excitarse con semejante estructura. ¡No me refiero a Sharon Stone (solamente), sino a la maravilla tecno-arquitectónica de este hermoso telescopio!

https://youtu.be/ysIQMAjpuYY
Fuentes y enlaces relacionados