Giuliano Pignata, astrónomo: A la velocidad de la luz

Escrito por: Eliette Angel V.

En 2007, el joven astrónomo Giulano Pignata llegaba a nuestro país desde Italia para cazar supernovas en el proyecto CHASE (CHilean Automatic Supernovas sEarch). La mayoría de las estrellas del Universo muere de manera “pacífica”. Pero otras estallan espectacularmente: son las supernovas que se transforman en verdaderos faros espaciales, los cuales sirven para medir con exactitud la distancia hasta la galaxia donde ocurrió la explosión. Las supernovas, por ejemplo, sirvieron para determinar que sí, efectivamente, el Universo se expande como un globo inflándose.

“En aquella época nosotros descubríamos más de la mitad de todas las supernovas del hemisferio sur, como 40 por año. Hubo un año excepcional que encontramos, en promedio, una por semana”, recuerda el doctor Pignata, académico del Departamento de Ciencias Físicas de la Facultad de Ciencias Exactas de la UNAB. Entonces utilizaba cuatro telescopios PROMPT de 40 centímetros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo (Región de Coquimbo).

Pero esta manera de hacer astronomía parece de una época muy lejana. Todo cambió radicalmente. Antes, los astrónomos, apuntaban con los telescopios el objeto que querían estudiar. Ahora existen telescopios que cada par de noches mapean enormes porciones del Universo, son los llamados survey (del inglés sondeo), que escanean todo el cielo, sin un objetivo preciso. Y si antes en todo el mundo se descubrían unas 200 supernovas al año, ahora a ese número habría que agregarle tres ceros a la derecha: 200 mil.

“Toman millones de imágenes y centenares de miles de espectros y de esta enorme cantidad de datos, de Big Data, tienes que extraer la información que te interesa. Muchas veces es pública, entonces puede venir alguien de Etiopía, bajar la imagen y no hay ningún problema. Es muy democrático. También acarrea nuevos desafíos: el desarrollo de herramientas estadísticas, de machine learning, para extraer la información de la manera más eficiente posible”, explica Pignata, director del Programa de Doctorado en Astrofísica de la UNAB.

Escaneando el Universo desde Chile

En poco más de dos años más debiese comenzar a funcionar en Cerro Pachón (también en la Región de Coquimbo) uno de los surveys más poderosos: el Large Synoptic Survey Telescope (LSST), rebautizado hace uno meses como Vera C. Rubin, en honor a la fallecida astrónoma estadounidense (primer telescopio de gran tamaño que lleva el nombre de una mujer). El espejo primario del Vera C. Rubin mide 8,4 metros (como un bus de 20 pasajeros) y su cámara CCD tiene una resolución de 3200 megapixeles (mi cámara del celular es de 16 megapixeles). Cada tres noches, el Vera C. Rubin tomará una imagen completa del cielo austral generando la impresionante cantidad de 45 terabytes de datos sin procesar.

“En astronomía, nos está ocurriendo lo mismo que pasó en biología. Antes los biólogos estudiaban por cada gen. Pero cuando secuenciaron todo el genoma, ya es otra manera de trabajar. Ahora uno se volvería loco mirando millones y millones de imágenes buscando algún objeto astronómico. Es imposible y poco eficiente”, dice Pignata, quien cursó su doctorado en la Universidad de Padua, una de las casas de estudio vigentes más antiguas del mundo.

Por eso el académico de la UNAB cuenta que en los últimos años se ha enfocado en la estadística. “Ahora se usa mucho la Inteligencia Artificial. Por ejemplo, tras mostrarles muchas fotos de perros y gatos, después el computador sabe si es un perro o un gato. Nosotros le mostramos distintos tipos de supernovas”, explica el también investigador del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS).

De hecho, junto al MAS, el italiano ha desarrollado un algoritmo que busca entre las millones de imágenes, objetos astronómicos que tengan altas probabilidades de ser una supernova. Luego, para ratificar que realmente lo sean (o descartarlos), los astrónomos apuntan a esos “buenos candidatos” con otro instrumento, un espectógrafo, el cual cumple básicamente la misma función que un prisma gigante: separar la luz. Según la longitud de onda de la luz (la distancia entre dos máximos consecutivos de la onda), los científicos saben exactamente qué elemento están observando: oxígeno, hidrógeno, hierro, calcio o níquel. Necesitamos de un dato más para tener la imagen completa.

Resulta que en el interior de una estrella, la temperatura es tan alta, que los núcleos de elementos químicos de carga similar se fusionan formando elementos cada vez más pesados (es la llamada fusión nuclear). Sólo las temperaturas descomunales de una explosión como una supernova, permiten la formación de los núcleos más pesados, como magnesio, aluminio, calcio hasta hierro. Si los astrónomos encuentran ciertos pesados, saben que están mirando una supernova. En el sentido más puro, estas fábricas de elementos pesados son las progenitoras de nuestro planeta e incluso del calcio de nuestros huesos y el hierro de nuestra sangre.

La astronomía moderna requiere necesariamente de la inteligencia artificial. Pero aún los investigadores tienen trabajo ‘a la antigua’, como clasificar la supernova y observar cómo evoluciona, además de determinar sus estrellas progenitoras: de qué tamaño y qué tipo de estrella eran. Los nuevos telescopios también permiten saber con mayor precisión la tasa de explosión de las supernovas: “Básicamente, cuántas explotan por una cierta masa de estrellas y en un determinado tiempo”, explica Pignata sobre una de sus líneas de trabajo.

Y añade: “Si uno estudia eso, puedo reconstruir la historia de formación estelar a lo largo de toda la vida del universo o cuántas estrellas de una masa dada nacieron. Nosotros sabemos que se forman muchas estrellas de baja masa, como nuestro sol o más pequeñas, y que las estrellas de 10 masas solares o más son mucho menos comunes. Pero, ¿esto fue siempre así? Ese es un dato súper relevante para la astrofísica en general”.

Lo que sucede es que la gran capacidad de los telescopios actuales nos permite viajar cada vez más al pasado. Cuando nosotros vemos el sol, en realidad, no es el sol actual: la luz se demora 8 minutos en llegar hasta nosotros, entonces lo que vemos es un sol 8 minutos ‘más joven’. Cuando llevamos eso al extremo y hablamos de una galaxia muy, muy lejana (como comienza una famosa película por ahí), como la EGS-zs8-1, que está a 13 mil millones de años luz, en realidad, el telescopio está captando al Universo de ese entonces, uno muy joven, con apenas 800 millones de años, entregándonos una ventana al pasado.

Al otro lado del telescopio

Hace casi tres años, el doctor Pignata se transformó prácticamente en una estrella. Fue parte de una publicación en la prestigiosa revista británica Nature, que comprobaba no una, sino tres teorías. Todo partió con la danza mortal de dos estrellas de neutrones (estrellas extremadamente densas) ubicadas a 150 millones de años luz de nosotros.

Primera teoría: cuando estas estrellas estuviesen muy cerca, emitirían unas ondas llamadas gravitacionales que curvan el tiempo-espacio. Y sí, estas fueron detectadas por dos observatorios dedicados a pesquisar estas esquivas ondas dando la alerta a otros telescopios para que apuntaran a esa sección del cielo. De hecho, Einstein predijo las ondas gravitacionales en 1915 y sólo un siglo después fue posible percibirlas como resultado de la fusión de dos agujeros negros.

“La parte gravitacional te da información complementaria muy importante para poder estudiar la física: te da la masa muy precisa de los objetos antes de que se fusionen. La masa es un parámetro fundamental en la astrofísica, en una estrella determina el 90% de toda su vida, lo que va a hacer, cómo va a evolucionar, los tiempos”, explica Pignata.

Segunda teoría: cuando las estrellas se fusionaran se generará una explosión mucho más poderosa que una supernova, llamada kilonova. Y eso observaron los 32 telescopios que respondieron a la alerta. Y no sólo eso, también se ratificó lo que se pensaba: que esa explosión produciría elementos “raros”, más pesados que el hierro (hasta donde “llega” la fábrica de las supernovas), como el oro y el platino.

Tercera teoría: dos segundos después de captar las ondas gravitacionales, los observatorios pesquisaron rayos gamma de corta duración, confirmándose finalmente el origen de éstos.

“La kilonova definitivamente fue el descubrimiento de 2017 en astronomía, y muy probablemente el de la década, porque confirmó teorías que estaban dando vueltas hace décadas”, acota el astrónomo.

Alma de electrónico

Además, Pignata está involucrado en dos proyectos de instrumentación astronómica, un área aún muy nueva en nuestro país y cuyo desarrollo el italiano considera clave. “Si un estudiante logra robotizar un telescopio, no necesita solamente trabajar en la astronomía, puede robotizar las excavadoras de una mina”, acota el investigador.

La experiencia de Pignata en instrumentación se remonta “a fines del siglo pasado”. Para poder obtener su licenciatura en astronomía en Italia, debió realizar un proyecto de investigación de un año. Encontró uno donde pudo unir sus dos grandes pasiones: la instrumentación astronómica y los eventos astronómicos trasientes (es decir, que son transitorios, como las propias supernovas o los eclipses o los asteroides). Su tesis consistió en instalar una cámara CCD en un telescopio para la búsqueda de asteroides.

“Tuve que arreglar la óptica del telescopio y diseñé un espejo. Todo muy artesanal porque era como el proyecto Cenicienta del observatorio, al que se le destinó los menos recursos posibles. Yo lo encontré estupendo porque fue como tener un experimento en mente y diseñar tu propio aparato para lograrlo. Es como un poco renacentista”, dice Pignata con su habitual sonrisa.

Como los telescopios son maquinarias complejas, lo que habitualmente se hace es que distintos grupos a lo largo y ancho del mundo desarrollan diferentes componentes. En el caso de Pignata, está liderando en un proyecto la construcción de un pequeño espectógrafo (los instrumentos que separan la luz) y en otra iniciativa, un par de componentes de un espectógrafo de mayor tamaño.

Pignata tiene otra ventaja en instrumentación: estudió electrónica en el liceo técnico. “Eso fue en un pasado remoto, de válvulas y transistores. Pero ahora me sirve para cuando hablo con un ingeniero electrónico. Eso es siempre bueno, entender por lo menos el lenguaje”, comenta mientras se mueve de un lado al otro de la silla, a veces casi desapareciendo de la pantalla. ¿Será un objeto trasiente también? Tal vez.