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Charla «¿Cuál es la próxima ventana hacia nuestro universo?» de TED2014 en español.
Los datos masivos están donde sea, aun en los cielos. En esta informativa charla, el astrónomo Andrew Connelly, muestra cómo se están recolectando grandes cantidades de datos de nuestro universo, grabándolos con sus constantes cambios. ¿Cómo capturan los científicos tantas imágenes a gran escala? Se empieza con un telescopio gigante…
- Autor/a de la charla: Andrew Connolly
- Fecha de grabación: 2014-03-19
- Fecha de publicación: 2014-09-16
- Duración de «¿Cuál es la próxima ventana hacia nuestro universo?»: 1059 segundos
Traducción de «¿Cuál es la próxima ventana hacia nuestro universo?» en español.
En 1781 el compositor, tecnólogo, y astrónomo inglés, William Herschel, observó un cuerpo celeste que no se movía igual que las demás estrellas.
El hallazgo de que había algo diferente que no marchaba del todo bien, se materializó en el descubrimiento de un nuevo planeta, Urano.
Un nombre que ha entretenido a incontables generaciones de niños, pero sobre todo, un planeta que en un instante, duplicó el tamaño del sistema solar conocido.
Solo el mes pasado, la NASA anunció el descubrimiento de 517 nuevos planetas que orbitan estrellas cercanas a la Tierra, que casi duplica el número de planetas conocidos en la galaxia.
La astronomía sufre cambios constantes debido a la capacidad de recopilar datos, y como éstos se duplican casi todos los años, es posible que dentro de dos décadas, alcancemos, por primera vez en la historia, el descubrimiento de la mayoría de las galaxias en el universo.
A medida que nos adentramos en la era de los datos masivos, comenzamos a notar la diferencia entre los muchos datos apenas mejores y los que son muchos y diferentes, capaces de cambiar las preguntas que nos hacemos.
La diferencia no reside en la cantidad de datos recopilados, sino en su poder de abrir nuevos horizontes hacia nuestro universo, su poder de cambiar la manera de mirar el cielo.
¿Cuál será la próxima ventana hacia el universo?
¿Cuál será el próximo capítulo de la astronomía?
Les mostraré algunas de las herramientas y las técnicas que crearemos en la próxima década, y cómo estas tecnologías, junto con el uso inteligente de los datos, transformarán una vez más la astronomía mediante la apertura de una nueva ventana hacia el universo, la ventana del tiempo.
¿Por qué del tiempo?
Bueno, el tiempo trata del principio, significa evolución.
Nos habla de los albores de nuestro sistema solar, de cómo se formó, y si es inusual o especial de alguna manera.
Trata de la evolución del universo.
¿Por qué el universo continúa expandiéndose?
Y
¿qué es esa misteriosa energía oscura que impulsa su expansión?
Pero primero, permítanme mostrarles cómo la tecnología va a cambiar la manera de ver el cielo.
Imagínense que están en las montañas del norte de Chile, mirando hacia el oeste, hacia el Pacífico, pocas horas antes del amanecer.
Esta es la vista del firmamento nocturno.
Es una hermosa vista, con la Vía Láctea asomándose justo por encima en el horizonte.
Pero también es una visión estática.
En muchos aspectos, es así como concebimos el universo: eterno e inmutable.
Pero el universo es todo menos estático.
Cambia constantemente en intervalos de tiempo que varían de segundos a miles de millones de años.
Las galaxias se fusionan y chocan a cientos de miles de kilómetros por hora.
Las estrellas nacen, mueren y explotan en espectáculos extravagantes.
Volviendo al calmado cielo de Chile, y adelantándonos en el tiempo vemos cómo cambiará el cielo durante el próximo año; esos pulsos son supernovas, últimos restos de estrellas moribundas que explotan, brillan y luego desaparecen de la vista.
Cada una de estas supernovas es cinco mil millones de veces más luminosa que nuestro Sol.
Podemos verlas desde grandes distancias, pero solo durante un corto período de tiempo.
Cada segundo explotan diez supernovas en algún lugar del universo.
Si pudiéramos oír estos sonidos, serían como palomitas de maíz saltando.
Si apagamos las supernovas, el cielo no solo cambia de brillo.
El firmamento está en constante movimiento.
El enjambre de cuerpos celestes que ven pasando por el firmamento, son asteroides que orbitan alrededor del Sol.
Estos cambios y movimientos, y la dinámica del sistema, nos permiten construir modelos del universo para predecir el futuro y explicar el pasado.
Los telescopios que hemos venido utilizado en la última década no están diseñados para capturar los datos a esa escala.
El Telescopio Espacial Hubble ha generado, durante los últimos 25 años algunas de las imágenes más detalladas del universo profundo.
Pero si tratan de usar el Hubble para crear una imagen del cielo, se necesitarán 13 millones de imágenes distintas, o cerca de 120 años, para completarla una sola vez.
Esto nos lleva a nuevas técnicas y nuevos telescopios.
Telescopios muy sensibles para adentrarse en el universo profundo, pero también telescopios de visión amplia para capturar el cielo lo más rápidamente posible, como el Gran Telescopio para Rastreo Sinóptico, o LSST.
Posiblemente el nombre más aburrido para uno de los más fascinantes experimentos en la historia de la astronomía.
Es un buen ejemplo, por si hubiera dudas, de que nunca se debe permitir a un científico o a un ingeniero poner nombres a nada, ni siquiera a sus hijos.
(Risas)
Estamos construyendo el LSST.
Esperamos comenzar a captar datos a finales de esta década.
Les mostraré cómo creemos que va a cambiar nuestra visión del universo, porque una imagen tomada con el LSST equivale a 3 000 imágenes del telescopio espacial Hubble, donde cada imagen cubre tres grados y medio del firmamento o siete veces el diámetro de la luna llena.
Pero
¿cómo se capturan imágenes a esta escala?
Bueno, construyendo la cámara digital más grande del mundo con la misma tecnología actual de las cámaras de nuestros móviles, o cualquier cámara digital comprada en una tienda, pero con un diámetro de unos 1,7 metros; más o menos lo que mide un Volkswagen Beetle, y con una imagen de unos tres mil millones de píxeles.
Para ver una sola imagen del LSST a máxima resolución, se necesitarían unas 1 500 pantallas de televisión de alta definición.
Esta cámara estará fotografiando el cielo cada 20 segundos, escaneándolo constantemente.
Cada tres días obtendremos un mapa completo del cielo estrellado de Chile.
Durante su vida útil, el telescopio detectará 40 mil millones de estrellas y galaxias.
Por primera vez el número de cuerpos celestes detectados superará al de los habitantes de la Tierra.
Bueno, puedo explicar esto midiéndolo en terabytes y petabytes, o contando miles de millones de objetos.
Para dar una idea de la cantidad de datos que producirá esta cámara, es como la totalidad de las charlas TED grabadas hasta la fecha, reproducidas simultáneamente, 24 horas al día, 7 días a la semana, durante 10 años.
Y el esfuerzo de procesar esta información equivale a buscar en todas esas charlas una nueva idea, un concepto nuevo, mirando cada trozo de video para ver qué ha cambiado de una toma a la otra.
Esto está cambiando la manera de hacer ciencia, de trabajar en astronomía, en un espacio en donde el software y los algoritmos que procesan esos datos se vuelven tan vitales para la ciencia, como los telescopios y las cámaras que se han construido.
Miles de nuevos descubrimientos se harán realidad con este proyecto, pero mencionaré solo dos teorías sobre el origen y la evolución del universo, que posiblemente sufrirán cambios tras nuestro acceso a todos estos datos.
En los últimos cinco años, la NASA ha descubierto más de 1 000 sistemas planetarios alrededor de estrellas cercanas, pero los sistemas que encontramos no se parecen mucho al nuestro, y nos preguntamos si esto se debe a que no estamos buscando bien, o si hay algo especial o único respecto a cómo se formó nuestro sistema solar.
Si queremos respuestas necesitamos saber y entender en detalle la historia de nuestro sistema solar; los detalles son esenciales.
Si volvemos a fijarnos en el cielo y en los asteroides que lo cruzan, podemos verlos como los escombros del sistema solar.
Sus posiciones son como la impronta de tiempos remotos, cuando las órbitas de Neptuno y de Júpiter se encontraban mucho más cerca del Sol, y cuando estos gigantes migraron esparciendo asteroides en su camino por el sistema solar.
Analizar los asteroides es como un análisis forense, de nuestro sistema solar.
Para hacer esto hace falta distancia que obtenemos del movimiento, y éste lo conseguimos por el acceso al tiempo.
Y
¿qué nos dice todo esto?
Si nos fijamos en estos pequeños asteroides amarillos que revolotean por la pantalla, vemos los que más rápido se mueven, que son los que más cerca se encuentran de nuestro planeta.
Estos son los asteroides a los que un día enviaremos astronaves en busca de minerales, los mismos también que un día podrían impactar contra la Tierra, tal como ocurrió hace 60 millones de años cuando desaparecieron los dinosauros, o al principio del siglo pasado cuando un asteroide arrasó cerca de 2 000 km² de tundra siberiana, o simplemente el año pasado cuando uno ardió en el cielo de Rusia liberando una cantidad de energía igual a la de una pequeña bomba nuclear.
El análisis forense de nuestro sistema solar no solo nos aporta información sobre el pasado, sino que también predice el futuro, nuestro futuro.
Una vez que tengamos la distancia, podremos ubicar los asteroides en sus hábitats naturales, en órbitas alrededor del Sol.
Cada punto en esta imagen corresponde a un asteroide real.
Hemos calculado su órbita analizando sus movimientos.
Los colores reflejan su composición; secos y pedregosos en el centro, ricos en agua y sencillos hacía el exterior, siendo estos últimos los que, a lo mejor, sembraron nuestros océanos y mares, cuando bombardearon la Tierra en tiempos remotos.
Como el LSST será más sensible, mejor equipado y con mayor resolución, llegaremos a ver asteroides que se encuentran más allá del centro de nuestro sistema solar, más allá de las órbitas de Neptuno y Marte, incluso los cometas y los asteroides que pueden existir a casi un año luz de distancia del Sol.
A medida que aumentamos el detalle en factores de 10 a 100 veces, podremos responder a preguntas sobre la existencia de otros planetas más allá de Neptuno, o detectar asteroides en ruta hacia la Tierra mucho antes de que constituyan un peligro, y poder averiguar si, quizás, nuestro Sol se formó solo o en un enjambre de estrellas, o si tal vez sus hermanos estelares han influido en la formación del sistema solar, motivo por el cual este tipo de sistemas sería tan poco frecuente.
Sobre la distancia y los cambios en nuestro universo, la distancia equivale tanto a tiempo como a cambios en el firmamento.
Cada 30 centímetros que nos acercamos a un objeto lejano, retrocedemos en el tiempo una mil millonésima parte de un segundo.
Esta idea, este concepto de retroceder en el tiempo ha revolucionado nuestro entendimiento acerca del universo, no una sino innumerables veces.
La primera vez ocurrió en 1929, cuando un astrónomo llamado Edwin Hubble demostró que el universo se expande, lo que llevó a la teoría del Big Bang.
Sus observaciones fueron simples: 24 galaxias y un dibujo hecho a mano.
La sola idea de que cuanto más lejana está una galaxia, más rápido se aleja, ha bastado para dar lugar a la cosmología moderna.
La segunda revolución tuvo lugar 70 años después cuando dos grupos de astrónomos demostraron que el universo no solo se expande sino que se acelera, un descubrimiento tan sorprendente como si al lanzar una pelota al aire viéramos que cuanto más alto llega más rápido se aleja.
Demostraron esto midiendo la luminosidad de las supernovas, y observando que esa luminosidad se vuelve más débil con la distancia.
Las observaciones fueron más complejas y requirieron nuevas tecnologías y nuevos telescopios, porque las supernovas se encontraban en galaxias 2 000 veces más lejanas que las estudiadas por Hubble.
Se necesitaron 3 años para encontrar solo 42 supernovas, porque en una galaxia explota una supernova solo cada cien años.
Tres años para encontrar 42 supernovas buscando en decenas de miles de galaxias.
Una vez se recolectaron los datos, esto es lo que encontraron.
Aunque no parezca impresionante, así es como se ve una revolución en la física: una línea que predice la luminosidad de una supernova encontrada a 11 mil millones de años luz, junto a un puñado de puntitos que no encajan exactamente en esa línea.
Son pequeños cambios que generan enormes consecuencias.
Pequeños cambios que llevan a grandes descubrimientos, como el planeta encontrado por Herschel.
Pequeños cambios que transforman por completo nuestra percepción del universo.
42 supernovas, un tanto menos luminosas, significa que se encuentran apenas un poco más lejos, y eso requiere que el universo no solo tiene que estar expandiéndose, sino que la expansión tiene que ser acelerada.
Se revela entonces un componente del universo llamado energía oscura, que es lo que produce esta expansión y representa hasta un 68% del total de la energía disponible hoy en el universo.
Entonces,
¿cómo será la próxima revolución?
Y
¿qué es la energía oscura y por qué existe?
Cada línea indica un modelo diferente de lo que podría ser la energía oscura y sus propiedades.
Todas son compatibles con los 42 puntos, pero las teorías detrás de estas líneas son completamente diferentes.
Algunos opinan que la energía oscura cambia con el tiempo, y que sus propiedades dependen de dónde se mire en el cielo.
Otros imponen diferencias y cambios en la física subatómica.
Mientras que otros observan a gran escala y cambian la forma como trabajan la gravedad y la relatividad.
O dicen que nuestro universo es solo uno entre muchos, parte de este misterioso multiuniverso.
Pero todas estas ideas y teorías increíbles, ciertamente algunas un tanto descabelladas, son coherentes con los 42 puntos.
Y bien,
¿entonces cómo pensamos darle sentido a todo esto en los siguientes 10 años?
Imaginen que les doy un par de dados, y les pido que averigüen si están trucados o correctos.
Una sola tirada diría muy poco, pero cuantas más veces rueden, más información se recopila, mayor certeza se logra, no solo acerca de si están o no cargados, sino también de cuánto y de qué manera.
Se tardó 3 años en descubrir 42 supernovas, porque los telescopios con que contamos solo pueden examinar una pequeña parte del firmamento.
Con el LSST, obtendremos una imagen totalmente nueva del cielo de Chile, cada 3 noches.
En su primera noche de funcionamiento, encontrará 10 veces más supernovas que el número de las utilizadas para descubrir la energía oscura.
La cifra se multiplicará por mil en los primeros 4 meses, hasta un total de 1,5 millones de supernovas al final del proyecto.
Cada supernova representa un tiro de los dados, y prueba cuáles teorías de la energía oscura son consistentes y cuáles no.
Combinando estos datos sobre las supernovas con otras mediciones cosmológicas, eliminaremos gradualmente las diferentes ideas y teorías de la energía oscura, hasta que, con suerte, al final del proyecto, alrededor de 2030, esperamos que una nueva teoría del universo, una teoría fundamental para la física del universo, tome forma progresivamente.
En muchos aspectos, las cuestiones que hemos presentado son en realidad las más simples.
Es posible que no sepamos las respuestas pero, por lo menos, sabemos cuáles son las preguntas.
Pero, si al buscar en decenas de miles de galaxias, se han encontrado 42 supernovas que nos revolucionaron la visión del universo, cuando lleguemos a trabajar con miles de millones de galaxias,
¿cuántas veces más vamos a encontrar 42 puntos que no encajen bien con lo esperado?
Al igual que el planeta descubierto por Herschel, o la energía oscura, o la mecánica cuántica o la relatividad general; todas esas ideas surgieron porque los datos no encajaban exactamente con lo que esperábamos.
Lo emocionante de la próxima década en el campo de la astronomía es que ni siquiera sabemos cuántas respuestas nos aguardan, acerca de nuestros orígenes y nuestra evolución.
¿Cuántas respuestas están allá afuera, respuestas para las que ni siquiera sabemos qué preguntas hacer?
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/andrew_connolly_what_s_the_next_window_into_our_universe/