Observatorio Vera C. Rubin en Chile: “Una nueva infraestructura astronómica”

La materia oscura, la Vía Láctea, galaxias lejanas, la expansión del universo: todos estos son temas que han cautivado a los investigadores desde hace muchas décadas. Pronto será posible sumergirse en ellos gracias a la investigación en la que participan diversas universidades e instituciones mexicanas en cooperación con la National Science Foundation (NSF).

Desde que la astrónoma Vera C. Rubin presentó evidencia sobre la existencia de la materia oscura en los 1970’s, se han diseñado experimentos para descubrir el contenido de esta materia que se manifiesta gravitacionalmente a escalas cosmológicas. En honor a ella se nombró al Observatorio Vera C. Rubin (LSST), que se dispone a estudiar el universo. La Dra. Alma González, investigadora científica de la Universidad de Guanajuato y co-vocera de LSST-MX, nos da detalles sobre el telescopio y la participación mexicana en este proyecto internacional.

Vaso Cósmico: ¿Qué es el Observatorio Vera C. Rubin?

Alma González: El observatorio Vera Rubin es una nueva infraestructura astronómica. Nace a mediados de los 90’s con la idea conjunta de los investigadores en astronomía y astrofísica John Anthony Tyson y James Roger Prior Angel, quienes querían realizar investigación en el tema de la materia oscura y para lo cual se necesitaba diseñar un telescopio que pudiera ver una región del cielo muy amplia. Además, se requería que el telescopio pudiera recorrer regiones del cielo continuamente y muy rápido.

Esto porque la estrategia del diseño no era dejar el obturador abierto en una parte específica del cielo, sino que pudiera barrer diferentes zonas y así captar muchas veces la imagen del cielo nocturno al pasar múltiples veces por el mismo punto. Esto ayudaría a detectar eventos muy débiles que con una sola imagen no se alcanzarían a apreciar.

La idea original era estudiar la materia oscura del universo. De hecho el primer nombre que le dieron fue el Telescopio de la Materia Oscura (DMT en inglés). Después cambió su nombre a LSST por Large Synoptic Survey Telescope (Gran Telescopio para Estudios Sinópticos), esto porque se refiere a hacer un sondeo muy grande del cielo. En 2019 cambió su nombre al Observatorio Vera C. Rubin. Se cambia justamente para honrar a la astrónoma norteamericana Vera Florence Cooper Rubin, quien hizo grandes contribuciones a la ciencia.

En particular ella fue pionera en el estudio del movimiento de las estrellas en galaxias que tienen rotación, como la nuestra. Con tales estudios Vera Rubin dió evidencia sólida de la existencia de materia oscura. Esto conecta con la idea original del proyecto, construir un telescopio para estudiar la materia oscura del universo. Y se preservan las siglas LSST pero cambian de significado: Legacy Survey of Space and Time, aunque en español se le llama Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad.

Vaso Cósmico: ¿Cómo se definió la ubicación del observatorio?

Alma González: Alrededor del año 1998 comienzan a discutirse estas ideas sobre qué características tendría que tener el telescopio para la búsqueda de materia oscura, pero fue durante los primeros años de los 2000’s cuando se comienza a pensar en la ubicación. ¿Dónde construimos el observatorio? Es interesante saber que México estuvo en la contienda: se propuso en San Pedro Mártir – Baja California, donde está el Observatorio Astronómico Nacional San Pedro Mártir de la UNAM. Por diversas razones, entre ellas políticas y económicas, se concluyó que no sería viable.

La ubicación para este nuevo observatorio se queda entonces en Chile, en el Cerro Pachón en la región de Coquimbo. Por su parte Chile también ha estado desarrollando mucha infraestructura para diversos observatorios tanto de Estados Unidos y de Europa. Esto fue lo que dió certeza y confianza de que en Chile era realizable, dado el nivel de construcción de infraestructura, como de planeación y logística a nivel político y económico.

Si bien entre 2006 y 2015 se lleva a cabo el proceso de construcción, el 14 de abril de 2015 se realiza la ceremonia de la “primera piedra”, una tradición que marca el inicio de la construcción de un nuevo observatorio. A la fecha, 2025, se está terminando esa construcción y pronto va a iniciar operaciones. Entonces estamos hablando de que han pasado unas dos décadas desde la concepción de este instrumento hasta su realización final, listo para tomar observaciones del universo.

Vaso Cósmico: ¿Cuáles son las características de este telescopio, qué lo hacen diferente?

Alma González: La idea más común que se tiene de un telescopio es la de un instrumento óptico que apunta a cierto objeto en el cielo. En cambio, el telescopio que usará el Observatorio Vera C. Rubin decimos que es un telescopio de investigación: no apuntará a objetos específicos que ya tengamos identificados. En cambio, lo que se quiere es tener un telescopio moviéndose continuamente cubriendo un volumen muy grande del cielo visible y captar imágenes de muy alta resolución de tal forma que se puedan observar objetos muy tenues y muy distantes.

Posteriormente la comunidad científica investiga qué es lo que aparece en esas imágenes tomadas por el telescopio: investiga qué está allí, por qué está allí y qué información podemos extraer sobre nuestro vecindario cósmico.

Vaso Cósmico: ¿Cuáles son los objetivos científicos de la colaboración?

Alma González: Si bien el objetivo inicial era estudiar la materia oscura del universo, al convertirse en un consorcio tan grande se aprovechó para crecer también en proyectos científicos. Los objetivos principales del observatorio son cuatro:

• Catálogo del Sistema Solar. Se quiere tener un catálogo muy detallado de nuestro propio sistema solar, una especie de inventario de los objetos que hay en nuestro sistema planetario. Realmente no lo conocemos tan a fondo como se piensa. Ahora con el tema del asteroide que tiene una probabilidad de impacto con la Tierra, justamente uno de los objetivos del observatorio es poder rastrear todo lo posible el sistema solar y detectar objetos que pudieran impactar con nosotros.
• Cartografía de la Vía Láctea. También se quiere construir un mapa de nuestra galaxia, ya que nos falta aún mucha información sobre su formación, su estructura, su interacción con otras galaxias.
• Materia Oscura y Energía Oscura. Por supuesto sigue estando el objetivo de entender qué es la materia oscura y se añade además el estudio de otra componente del universo aún en estudio que llamamos Energía Oscura. En relación a este último tema los datos que tomará el Observatorio Vera Rubin serán complementarios a la información recopilada por otros telescopios que sí están diseñados para estudiar la energía oscura.
• Estudio de eventos transitorios. Son fenómenos que solo se pueden observar durante un período corto de tiempo. El telescopio al estar diseñado para pasar por la misma región del cielo en múltiples ocasiones va a poder detectar eventos que en algún momento no estaban, luego por un tiempo se observan y finalmente desaparecen. Un fenómeno bastante común y conocido en astronomía es el de las Supernovas, que son explosiones de estrellas. Se producen cuando la masa de la estrella ha colapsado tanto por su propia gravedad, que se produce una explosión que libera tanta energía que se vuelve un evento súper brillante y que podemos observar por días hasta que desaparece por completo el brillo de la supernova. 

Vaso Cósmico: ¿Cuándo es el inicio de actividades?

Alma González: Un evento importante es el que se conoce como “La Primera Imagen”, que es la primera toma oficial del telescopio. Se estima que la primera imagen del Observatorio Vera Rubin sea entre junio y julio, mientras que la toma de datos y el inicio de los proyectos científicos del censo legado se proyecta para finales de este año. Esto porque luego de la primera imagen aún se requerirán hacer pruebas de funcionamiento, no solo del instrumento, sino también de cómo se van procesando los datos que está recibiendo y todo el protocolo de la transferencia de estos datos a los centros de almacenamiento.

Vaso Cósmico: ¿Cómo logra participar México en esta colaboración internacional?

Alma González: Por mi parte, la idea de participar en esta colaboración nace en 2008 cuando yo hacía el doctorado bajo la asesoría del Dr. Octavio Valenzuela en el Instituto de Astronomía de la UNAM, aunque seguramente ya habían más investigadoras e investigadores pensando en ello. A ambos siempre nos ha interesado el tema de la materia oscura y algunos fenómenos como el de los lentes gravitacionales que se van a observar con el Observatorio Vera C. Rubin.

Cuando se empezó a ver que la forma de participar era con dinero para solicitar una membresía, fue cuando topamos con pared porque la participación de un solo investigador con cuatro estudiantes ascendía los $200,000 dólares. Esto entre 2015-2016 que ya estaba avanzada la construcción y estaban las puertas abiertas para quien quisiera unirse. Ya para 2017 el costo de la membresía era de $400,000 dólares.

Estábamos entonces algo resignados cuando surge dentro de la colaboración del observatorio el programa de contribuciones en especie con el que en lugar de pagar la membresía, se realizan trabajos específicos dentro de proyectos de interés de la colaboración. Tuvimos la suerte de que Octavio conocía a uno de los directores del proyecto, el Dr. Željko Ivezić, quien nos avisó sobre esta posibilidad de entrar a la colaboración si proponíamos un proyecto de contribución en especie.

Por supuesto también tenían que estar de acuerdo los directivos de las respectivas instituciones, ya que es un compromiso no solo de los investigadores involucrados sino también de los institutos y universidades a las que pertenecemos. En ese momento tuvimos el apoyo del director del Instituto de Astronomía de la UNAM, del director de la División de Ciencias e Ingenierías de la Universidad de Guanajuato y de la Dirección de Apoyo a la Investigación y al Posgrado (DAIP). A partir de ahí ya todo empezó a fluir.

En México planteamos un proyecto que se llama LSST-MX, donde propusimos participar en una de las contribuciones en especie. Iniciamos la participación con unos 20 investigadores de diferentes instituciones mexicanas que incluyen a la UNAM y a la Universidad de Guanajuato.¹ Actualmente ya somos unos 50 participantes entre estudiantes, técnicos e investigadores. Ha sido un trabajo en equipo y un gran esfuerzo en conjunto por parte de diversos miembros de la comunidad científica mexicana. Si bien Octavio y yo impulsamos al inicio la idea de ser parte del Observatorio Vera C. Rubin, sin la respuesta positiva de toda la comunidad que ahora participa en LSST-MX no hubiésemos podido hacer nada.

Vaso Cósmico: ¿Cuáles son los proyectos que se desarrollan en México como parte de LSST-MX?

Alma González: Los cuatro objetivos científicos que mencioné antes, se trabajan dentro de lo que se llaman colaboraciones científicas. Los proyectos que estamos desarrollando en LSST-MX están dirigidos a algunas de estas colaboraciones científicas. Uno de ellos es la Colaboración Científica en Energía Oscura (DESC por sus siglas en inglés), donde tenemos dos proyectos: uno es el de Estadística de Orden Superior para obtener información de la expansión del universo y qué es lo que la está produciendo.

También dentro de DESC hay otro grupo con varios proyectos que incluyen la estimación de distancias a galaxias lejanas, donde tienen que calibrar y optimizar los métodos que estiman estas distancias. También tenemos investigadores implementando aprendizaje automatizado para estudiar la Vía Láctea. Otro grupo está en la colaboración científica de galaxias donde las estudian, las clasifican, ven las conexiones entre ellas y sus morfologías.

También está el centro de acceso a datos que da servicio a varias colaboraciones científicas almacenando varios de los productos que estas colaboraciones irán generaron, y que también dará acceso a recursos de cómputo y de análisis de los datos. Y también está el proyecto donde yo participo que es el de los sistema de lentes gravitacionales. Allí tenemos un par de proyectos, por ejemplo en uno estamos analizando la calidad de las imágenes para optimizar la detección de ese tipo de sistemas, crear combinaciones específicas de las imágenes para resaltar las características de estas lentes.

También vamos a iniciar un proyecto en el que se creará una infraestructura computacional para bases de datos, una plataforma en donde podamos dar seguimiento a los diferentes proyectos que van ocurriendo dentro de la colaboración. Todos estos son los proyectos que aportan a ese pago de contribución en especie.

Vaso Cósmico: Además de los proyectos científicos, ¿qué actividades realizan para dar difusión y divulgación de la ciencia que se hace en el Observatorio Vera C. Rubin?

Alma González: Este es un punto muy importante porque el Observatorio Vera C. Rubin es el primer proyecto de esta naturaleza en crear desde el inicio de operaciones el Departamento de Educación y Difusión para el público general. Esas actividades también reciben financiamiento como parte del mismo proyecto, es decir, el dinero que se recibe para financiar la operación no es solo para la parte científica sino también una parte va para la difusión y educación a público general.

Como proyecto global, el observatorio tiene varios canales de información, desde la página web que está tanto en español como en inglés y donde se pueden encontrar recursos como videos con animaciones didácticas para explicar los detalles técnicos del instrumento, así como también los objetivos científicos que se buscan realizar. En términos de educación, el observatorio tiene un programa de una serie de mini cursos en línea en donde se explica la ciencia y todos los conceptos asociados a los diferentes temas que investiga el observatorio.

Pero además algo importante es que se dejan experimentos y ejercicios que se podrán realizar haciendo uso de los datos reales que tome el telescopio. Así que el objetivo en este sentido no es solo informar, sino realmente educar y que haya una transferencia de conocimiento de cómo se hace el trabajo científico en este observatorio.

También tenemos actividades lúdicas, tanto para actividades presenciales como en línea. Tenemos una aplicación para el teléfono donde puedes jugar moviendo el telescopio capturando asteroides, galaxias, estrellas. Eso es a nivel global. Acá en México procuramos usar estos servicios disponibles por parte de la colaboración pero también diseñamos los nuestros. Para el evento de La Noche de las Estrellas en 2024 hicimos una lotería astronómica con la temática del observatorio, también hicimos un juego tipo “serpientes y escaleras”.

Vaso Cósmico: ¿Cuál es el impacto de este proyecto en la sociedad mexicana?

Alma González: Yo creo que la colaboración mexicana del Observatorio Vera C. Rubin está contribuyendo de varias formas. Una de ellas que considero es de gran impacto es la formación de recursos humanos capacitados para manejar grandes bases de datos. Todos los estudiantes que se están formando con nosotros, que están participando en el proyecto e incluso nosotros mismos como investigadores estamos aprendiendo de primera mano nuevas técnicas, nuevas metodologías de trabajo que se están diseñando y son necesarias por el volumen tan grande de datos que va a tomar este telescopio.

En general, cada vez se genera mucha cantidad de datos en diversas áreas, en el entretenimiento, en la industria automotriz, en la industria de las compras y así en muchos sectores de la sociedad. El conocimiento del uso de datos y la información que se puede extraer de un conjunto de datos es lo que en la actualidad se está requiriendo cada vez más.

Las y los físicos en México dentro del área de cosmología estamos creciendo en esa dirección también. Esto es una ventaja porque nuestros egresados podrían tomar un rumbo distinto al de la academia, y contribuir con sus conocimientos de cómputo científico y análisis de datos a empresas e industrias que también aporten a la economía nacional.

Más allá de eso, nosotros estamos buscando averiguar qué es la materia oscura y siempre nos preguntan ¿para qué sirve eso? ¿de qué me va a servir en la sociedad? El día que sepamos qué es la materia oscura o la energía oscura es que se va a poder empezar a generar ideas de cómo utilizarla, de cómo manipularla y cómo pueden surgir aplicaciones que sirvan para beneficio de la sociedad.

Si en el momento en el que se creó el internet, le preguntaban a la persona que lo hizo para qué servía, seguro la respuesta hubiese sido “para que yo le pueda pasar los datos de mis experimentos de física de partículas a mis colaboradores”, y es que esa fue la razón por la que se creó el internet. Nadie pensó que hoy en día sería un elemento tan presente en nuestras vida diaria, pero antes de su existencia ni siquiera sabíamos que necesitáramos el internet, ahora hasta nos entretiene.

Hay mucho desarrollo tecnológico creándose en el Observatorio Vera Rubin, y no te puedo decir cuándo ni cómo va a impactar todo eso como aplicaciones para la sociedad. Hay que concientizar la temporalidad de los descubrimientos científicos y su impacto. Cuando entiendes qué es lo que está pasando en cierto fenómeno, tienes una teoría que lo explica bien y realizas experimentos que corroboran las ideas desarrolladas, es cuando el conocimiento es suficiente para dar lugar a la exploración y creación de nuevos caminos que saquen provecho a los nuevos descubrimientos. Si revisamos la historia, los beneficios y aplicaciones de un experimento no llegan inmediatamente sino que se van dando como procesos derivados de una investigación que puede tomar años.

1. Listado de universidades e instituciones mexicanas que participan en el LSST-MX:
   * Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV) 
   * Universidad de Guanajuato (UG)
   * Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP)
   * Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
   * Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP)
   * Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ)
   * Mesoamerican Centre for Theoretical Physics (MCTP)
   * Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH)  ↩︎