lunes, 15 de enero de 2018

Yo quiero ser Cosmóloga Observacional - Ana Isabel Salvador Junco

Y yo quiero ser...Cosmóloga Observacional
(Por Ana Isabel Salvador Junco)

Escucha música mientras lees, vete al final.

Uno de pequeño no sabe qué es la cosmología, pero sí sabe mirar al cielo y ver las estrellas. Así fue como terminé haciendo un doctorado en cosmología, mirando estrellas. Desde pequeña mi madre me llevaba de noche a ver la lluvia de estrellas del 15 de agosto, las perseidas. Pasábamos los veranos en un pequeño pueblo de León y allí el cielo es precioso. Siempre me preguntaba ¿qué eran las estrellas?, ¿dónde estaban?, ¿cómo se movían?, ¿qué había más allá?... Así que estudié Física y después terminé especializándome en cosmología, que es la ciencia que estudia el Universo.

Podemos decir que todos (sí, tú también) llevamos un físico dentro, todos nos hacemos preguntas acerca del mundo que nos rodea. Todos los que habéis mirado alguna vez al cielo y os habéis hecho preguntas, además de físicos sois cosmólogos. La cosmología es una de las ciencias más antiguas; ya los griegos, los chinos y los egipcios hace miles de años se preguntaban cómo era el Universo. Durante años la cosmología se ha limitado a ser una ciencia principalmente teórica. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología hemos pasado de ver unas pocas galaxias en placas fotográficas hace 50 años, a tener hoy en día cámaras muy potentes en grandes telescopios que toman imágenes de millones de galaxias en pocos minutos.

Vivimos una época dorada de la cosmología con un gran número de observaciones de cada vez mayor precisión. Es a través de las observaciones como podemos contrastar las teorías y modelos que se han hecho durante siglos sobre el Universo. Hay telescopios en Tierra y en órbita. Los que están en el espacio tienen la ventaja de no tener atmósfera que distorsione sus observaciones, de no depender del tiempo, y de poder observar durante todo el día. Su inconveniente es que son muy caros y si algo se estropea no es fácil de arreglar.

El descubrimiento de la materia oscura y la energía oscura en el siglo XX ha supuesto una revolución en cosmología. La naturaleza de estos dos componentes del Universo es uno de los grandes retos de la cosmología hoy en día. Desconocemos el origen del 95% del contenido energético del Universo, al 5% que conocemos (la materia de la que nosotros estamos formados, lo que forma los planetas, las estrellas y las galaxias) es lo que llamamos materia bariónica. Las observaciones nos dicen que el ~26% del Universo es materia oscura, un tipo de materia que no vemos pero que sabemos que está ahí por sus efectos gravitatorios. Y por último, el ~69% del Universo es energía oscura, un tipo de energía que desconocemos y hace que el Universo se esté expandiendo aceleradamente.


Las observaciones del Universo han llevado a establecer el modelo estándar de la cosmología, llamado ΛCDM por sus siglas ’Cold Dark Matter’ o ’Materia Oscura Fría’; y Λ por la energía oscura, cuyo modelo más simple es una constante cosmológica. Hoy en día grandes colaboraciones formadas por cientos de científicos toman datos para seguir comprobando el modelo estándar a grandes y pequeñas escalas, e intentar averiguar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura. Las principales observaciones para ello hoy en día son:

-El fondo cósmico de microondas (Cosmic Microwave Background, CMB). En el origen del Universo todo era una sopa de partículas muy caliente (todas las partículas chocaban continuamente unas con otras). Con el tiempo esta sopa de partículas se fue expandiendo y haciendo cada vez más grande. Esta sopa estaba formada por fotones (partículas que forman la luz y no tienen masa) y lo que los cosmólogos llamamos bariones (partículas que tienen masa y van más despacio que la velocidad de la luz). Al expandirse el Universo, se enfría la sopa de partículas y llega un momento en que los fotones ya no chocan apenas con los bariones, y decimos que se desacoplan. Cuando el Universo tenía unos 380.000 años los fotones se separan de los bariones y viajan libremente por el Universo. Viajan hasta hoy en día que podemos detectarlos en todas direcciones con grandes telescopios de microondas. Primero COBE, después WMAP y hoy en día Planck han sido los satélites principales encargados de estas observaciones.

-Las supernovas de tipo Ia. Las supernovas son explosiones estelares, en particular las de tipo Ia se producen cuando una enana blanca (estadío final de una estrella como el Sol) está en un sistema binario con otra estrella de la que acreta materia hasta explotar. Una sola supernova puede llegar a brillar tanto como una galaxia entera. Se utilizan para medir distancias. Gracias a este tipo de supernovas se descubrió la expansión acelerada del Universo, con la publicación de los resultados de los proyectos ‘Supernova Cosmology Project’ y ‘High-z Supernova Search Team’ en 1998.

-Las lentes gravitacionales. Se forman cuando un objeto masivo (lente) curva la luz que viene de un objeto que se sitúa detrás suyo (fuente) en nuestra línea de visión. La forma y luminosidad de la fuente se ven distorsionadas por la lente. Existen distintos tipos de lentes gravitacionales que pueden utilizarse para encontrar planetas extrasolares, detectar objetos muy masivos que no emiten luz como agujeros negros, y también para estudiar la energía oscura y la materia oscura.

-Las oscilaciones acústicas de bariones. En el Universo primitivo, bariones y fotones se comportaban como un único fluido. La atracción gravitatoria de los bariones se contrarrestaba con la presión de radiación de los fotones creando ondas de presión, lo que se denominan oscilaciones acústicas de los bariones (BAO). Cuando los fotones se desacoplan, estas oscilaciones se ‘congelan’ y puede verse su huella en la distribución de galaxias y en el CMB. Se observaron por primera vez en la distribución de galaxias en 2005 por la colaboración SDSS ‘Sloan Digital Sky Survey’.

-Los cúmulos de galaxias. Son las estructuras más grandes observadas en el Universo. Podemos medir su distancia y ver cómo ha cambiado su densidad a lo largo de la historia del Universo. Por lo tanto, podemos utilizarlos para averiguar más cosas sobre la historia de la expansión del Universo.

Las ondas gravitacionales y la detección directa e indirecta de materia oscura también son importantes observaciones cosmológicas que se están llevando a cabo hoy en día, pero haría falta otro capítulo para hablar de ello.

Yo trabajaba en la colaboración internacional ‘Dark Energy Survey’. Esta colaboración fue creada para descubrirla naturaleza de la energía oscura y ha construido una potente cámara digital de 570 Megapixeles, DECam, instalada en el telescopio Blanco de 4 metros en Cerro Tololo en Chile. Lo que tiene de especial DES es que combina cuatro maneras diferentes de estudiar la energía oscura: supernovas de tipo Ia, oscilaciones acústicas de bariones, cúmulos de galaxias y lentes gravitacionales.


Durante mi doctorado lo que hice fue desarrollar un método para medir el bias con datos del ‘Dark0 Energy Survey’. La relación entre la distribución de galaxias y la de materia oscura  es a lo que llamamos bias de las galaxias. Lo que observamos con un telescopio son galaxias, no materia oscura, ya que esta no emite luz. Las galaxias se forman en los halos de materia oscura, y por lo tanto trazan la distribución de materia oscura. Es como si quisiéramos saber dónde están los continentes en la Tierra mirando una imagen del planeta de Noche. Entender la relación entre galaxias y materia oscura es esencial para calcular los parámetros del modelo estándar y conocer la distribución real de materia en el Universo.

Ana Isabel Salvador Junco
Doctora en Cosmología
Actualmente viajo por el mundo divulgando ciencia, puedes seguir mis aventuras en: http://acogeauncientifico.com/
Al terminar el doctorado me di cuenta de que me gustaba más hablar de mi investigación que realmente hacerla, por eso quiero dedicarme a la divulgación y la docencia.

Escucha música mientras lees.


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