¿Cuál es la próxima ventana hacia nuestro universo?

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...

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)