Desde la Puna salteña, un telescopio único comienza a rastrear el tenue resplandor de los primeros instantes del cosmos  

Acaba de inaugurarse en Alto Chorrillos, Salta; es un proyecto internacional que intentará verificar la teoría actualmente aceptada de que el universo se expandió en una fracción de segundo después del Big Bang.

SALTA.– San Antonio de los Cobres, una comunidad de 5000 habitantes del extremo Noroeste de Salta, a la entrada a la Puna, es el centro urbano más elevado del país. En este pueblo de casitas bajas alineadas con prolijidad, rodeado de montes rocosos color ocre que se recortan contra un cielo azul límpido, al que se accede por caminos bordeados de cardones que simulan un ejército silencioso, un edificio recientemente construido es el centro de operaciones donde se calibró y se coordinará la operación de un telescopio único en el mundo. 

Una comitiva de investigadores y técnicos de varios países, y autoridades del sistema científico nacional lo inauguró ayer, miércoles 23 de noviembre, a unos 20 km de distancia y a 4980 metros de altura, en un paraje denominado Alto Chorrillos. 

El Qubic (siglas en inglés que corresponden a Q & U Bolometric Interferometer for Cosmology) intentará verificar la teoría de que el universo se expandió a velocidad de vértigo en una fracción infinitesimal de segundo después de la explosión inicial, una hipótesis planteada hace varias décadas, pero que hasta ahora no pudo probarse

experimentalmente. “Si logramos confirmarla, un hallazgo como ese puede merecer un Nobel”, arriesga Alberto Etchegoyen, representante argentino ante la colaboración internacional que concibió e hizo posible este proyecto, iniciado hace más de 15 años y en el que participan centros, universidades e investigadores de Francia, Italia, Estados Unidos, el Reino Unido, Irlanda y la Argentina.  El también creador y director del instituto ITeDA, de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) posee vasta experiencia en la coordinación de colaboraciones de este tipo. Tiene en su haber nada menos que la instalación del Observatorio de Rayos Cósmicos Pierre Auger, en Malargüe, Mendoza, el más grande del planeta, también fruto de una colaboración internacional. 

El observatorio Qubic, en la Puna salteña

La ceremonia, obligadamente breve por los rigores que inflige la altura  (11 integrantes de la comitiva debieron recibir oxígeno y varios sintieron náuseas, dolor de cabeza y mareos), reunió a unas 60 personas que viajaron hasta esos parajes, en la cima de los Andes, donde el aire es tenue y la humedad casi inexistente. 

Pero a pesar del largo ascenso desde la capital salteña, que incluyó más de una hora y media de viaje por un camino de ripio, todos estaban exultantes y conmovidos ante la culminación de una iniciativa con múltiples desafíos logísticos, que sin embargo se resolvieron a inusitada velocidad: “La Argentina se candidateó en 2015, tuvo que justificar que el lugar valía la pena, nos incorporamos formalmente en 2016… Tener el instrumento ya instalado e inaugurado para esta fecha es un logro sin precedente”, subraya Beatriz García, astrónoma e investigadora del Conicet, e integrante del directorio de Qubic. 

“Si uno tuviera que poner en palabras lo que sentimos diría ‘emoción’ y ‘orgullo’ –expresó el ministro de Ciencia, Daniel Filmus–. Emoción por dar a luz un proyecto en el que se viene trabajando desde hace 15 años, y por el que tenemos que agradecer a las personas e instituciones que lo llevaron adelante. Y orgullo por la calidad de los científicos y técnicos argentinos que lo hicieron posible”.  Filmus también agradeció a los “amigos de Italia y Francia que creyeron en nosotros” y subrayó que “esto es un aprendizaje que vuelve a mostrar que en ciencia son necesarias políticas de Estado, con tiempos que no son los de los calendarios electorales, y que exigen miradas a mediano y largo plazo”.

La inauguración, a 4900 metros de altura

El Qubic rastreará el cielo en busca del eco del Big Bang y las huellas de ondas gravitacionales primordiales que, según la teoría más aceptada, se produjeron en los primeros instantes del universo, cuando a la explosión inicial le siguió una inflación exponencial. Y lo hará con un instrumento que por primera vez comenzará a usarse, que combina la interferometría con la bolometría. La interferometría es una familia de técnicas que consisten en combinar la luz u otras ondas electromagnéticas provenientes de distintos receptores  para obtener una imagen de mayor resolución. La bolometría mide la cantidad total de radiación electromagnética que viene de un objeto. Funciona midiendo su temperatura. 

“Este instrumento, que permite hacer interferometría bolométrica (de bolo, haz de luz) es único, porque reúne dos cosas muy importantes: mide la luz tan tenue y de tan baja temperatura que nos llega desde los inicios del universo, pero además nos permite saber cuál es su longitud de onda –explica Etchegoyen–. La teoría dice que si la ‘inflación’ existió tienen que haberse generado ondas gravitacionales primordiales y que su huella tiene que poder medirse con este dispositivo”. 

Con sombrero, Jean-Christophe Hamilton, el "padre" del Qubic

La idea de la interferometría bolométrica surgió de la voluntad de combinar las ventajas de ambas técnicas, algo que no se había hecho hasta ahora, cuenta el astrofísico francés  Jean-Christophe Hamilton, investigador del Centre National de la Recherche Scientifique y “padre” del QUBIC. “Estuvimos años tratando de ver cómo hacer las dos cosas al mismo tiempo y diseñar los subsistemas –explica– con colegas de Italia, Irlanda, Francia, Estados Unidos. Fue un trabajo grande, muy difícil, porque teníamos que inventar una nueva manera de observar el cielo. Si tenemos éxito con éste, vamos a construir otros”. 

La teoría conocida como “Big Bang” intenta explicar los instantes iniciales y la evolución del universo. Describe matemáticamente cómo se expandió desde un punto de altísima densidad y temperatura, en el que toda la materia y la energía estaban concentradas en una “sopa” de partículas elementales que, al enfriarse, dio lugar a la formación de los primeros núcleos atómicos y luego, a la formación de estrellas y galaxias por acción de la gravedad, explica en un artículo en el que comentaba el desarrollo de este telescopio la revista Ciencia Hoy. 

El edificio desde donde se controlarán el Qubic, y el radiotelescopio LLAMA

“Lo que nosotros queremos detectar ocurrió en teoría a los 10−35 segundos después del nacimiento del cosmos (es decir, 0, seguido de 34 ceros y un uno) –describe García–. En ese instante inimaginable, el universo sufrió una expansión exponencial. Nadie sabe por qué, pero allí ocurrieron cosas. No las podemos observar con telescopios ópticos, porque en ese momento la materia se estaba generando a partir de la energía y estaba todo acoplado. No había fotones, las partículas de luz estaban atrapadas en una especie de plasma denso de materia y energía hasta que se desacoplaron, unos 400.000 años después. Según una predicción del físico argentino Matías Zaldarriaga, en ese período se generaron ondas gravitacionales primordiales que sí podrían detectarse. Es una de las predicciones de la teoría del universo inflacionario no probadas hasta el momento”. 

Zaldarriaga llegó a la conclusión de que, si existieron, deben haber dejado una huella digital en la radiación de fondo cósmica (la luz extremadamente tenue que nos llega desde todas las direcciones y la más antigua que existe), que se manifestaría como un modo de polarización del campo eléctrico. 

Explica García: “La luz está compuesta por dos campos: el eléctrico y el magnético. El primero es el que produce la mayor cantidad de fenómenos. En la luz normal, la que viene del Sol, vibra en todas direcciones. Pero si la radiación electromagnética se encuentra con materia o sufre algún fenómeno extraño, el campo eléctrico no vibra en todas direcciones, sino en algunas. Y si sólo vibra en una, se dice que está ‘linealmente polarizada’.  En teoría, cuando la luz se desacopló de la materia, el campo eléctrico se polarizó de dos maneras: un modo B y un modo E. El modo E ya fue descubierto y está relacionado con fluctuaciones de densidad de materia anteriores a la radiación de fondo cósmico. Lo que nosotros buscamos es una forma de polarización lineal en una dirección bastante particular, que es precisamente el que se llama modo B de polarización.”.

Alberto Etchegoyen explica cómo funcionará el comando del nodo astronómico

En 2014, se creyó que el experimento BICEP ya había detectado estas ondas gravitacionales primordiales y se hizo un anuncio prematuro. Bastaron unos días para comprobar que la señal estaba polarizada no por los sucesos del universo primitivo, sino por polvo, materia galáctica e intergaláctica que también tiene ese efecto en la luz. “Se apuraron porque esto es una carrera. El primero que publica los resultados se lleva casi todo el mérito”, comenta García.

Para evitar caer en este problema, los científicos del Qubic van a observar una parte del cielo que no tiene polvo galáctico, para ver “más atrás”. “El polvo galáctico es nuestro enemigo, porque polariza la luz de la misma manera que lo que nosotros buscamos”, subraya Hamilton. 

El primero que empezó a formular la teoría del Big Bang, en 1927, fue el clérigo belga y profesor de física de la Universidad de Lovaina Georges Lemaître. Luego, en 1948, George Gamow llegó a la conclusión de que en la actualidad debía persistir una débil radiación difusa y le dio el nombre de “radiación cósmica de fondo”. Treinta años más tarde, los radioastrónomos norteamericanos Arno Penzias y Robert Wilson lo verificaron (por casualidad). La detección les valió un Nobel.  

Manuel Platino, uno de los operadores del Qubic

La radiación cósmica de fondo es la luz más antigua que podamos detectar, un vestigio del universo primitivo que se propaga inalterado por el cosmos desde el momento en que protones y electrones se unieron y formaron átomos por vez primera, algo que sucedió al cabo de unos 380.000 años de expansión del universo a partir del Big Bang, explica el texto de Ciencia Hoy, menos que un pestañeo luego de la explosión inicial.

Pero a pesar de que es increíblemente tenue, está cargada de información valiosa codificada en su polarización. Medir la de modo B  será la tarea del experimento Qubic. Como se trata de detectar diferencias infinitesimales de temperatura, el telescopio, que puede comandarse a distancia, tiene que funcionar a apenas 300 milikelvin por encima del cero absoluto (-273 ºC; para hacerse una idea, la materia gaseosa que se encuentra entre estrellas y galaxias tiene una temperatura de 3 Kelvin). Para mantenerlo tan frío, está encerrado en una carcasa cilíndrica de casi dos metros de alto y 1,6m de diámetro, dentro de la cual se baja la presión  y se encienden los crióstatos [dispositivos que permiten mantener temperaturas muy bajas], que funcionan con un circuito cerrado de helio líquido. 

Steve Torchinsky, el otro operador del telescopio

El aparato surgió de la colaboración de 130 investigadores. Se desarrolló entre 2008 y 2018, y en julio de 2021 llegó por barco a la Argentina y se envió por camión a Salta.  Allí se instaló en el Laboratorio de Integración que se construyó especialmente en la Regional Noroeste de la Comisión Nacional de Energía Atómica, donde se ensambló y se probaron todos sus equipos. Antes de trasladarlo a su emplazamiento definitivo, se hicieron las primeras observaciones de prueba. 

Decir que la instalación del Qubic fue un desafío mayúsculo es poco. “En la Argentina tenemos el mismo cielo de Chile, pero a mayor altura –explica García–. Chile tiene un cielo excepcional a unos 2500 metros de altura, nosotros tenemos que buscar por arriba de los 3600 y eso trae problemas, porque trabajar en la Puna es muy difícil: hay poco oxígeno, la gente se cansa mucho, se corren riesgos de salud importantes. Eso nos exigió cambiar toda la metodología de trabajo para poder avanzar. El Qubic es una iniciativa de primer nivel internacional en un área en la que lo experimental no es tan común. En cosmología se hace mucha teoría, pero probar las predicciones es dificilísimo y este proyecto pretende probar una pequeña gran modificación de la teoría del Big Bang. Para comprender las dificultades que entraña, baste con señalar que el nuevo telescopio espacial, el James Webb Telescope (JWT), ofrece imágenes de cómo era el universo aproximadamente 400 millones de años después de su nacimiento. Pero la radiación de fondo cósmico se generó apenas 400.000 años después del Big Bang. Y si el JWT tarda 12 horas en registrar una imagen, el Qubic requerirá tres años de observaciones para ofrecer datos confiables”.

Manuel Platino, uno de los operadores del Qubic

Para la Argentina significará también formación de recursos humanos en tecnología de punta, como es el caso de los detectores. Habrá que modificar el software, los sistemas de adquisición, la tecnología.  Becarios doctorales escribirán sus tesis, se obtendrán resultados intermedios; es decir, se hará ciencia básica y aplicada. “En este caso, es casi más importante el proceso que el resultado, aunque acá el resultado es fundamental, por supuesto”, acota García. 

Y concluye: “El Qubic demuestra cómo en la Argentina los científicos podemos llevar adelante proyectos internacionales de envergadura, de tecnologías de punta, en un nivel que es el mismo que el del Primer Mundo. No es que aquí somos de segundo, de tercero, no, no, no, estamos al mismo nivel. Los científicos, ingenieros y técnicos argentinos son reconocidos en el mundo entero, porque además de ser capaces y estar bien formados, hacen cosas con muchísimo menos dinero que en otros países. Y tenemos la habilidad de adaptarnos a circunstancias que muchas veces son contrarias a lo que uno desearía. Resolvemos problemas en los cuales tal vez otros se ahogarían No nos ahogamos en un vaso de agua, necesitamos todo un océano para ahogarnos”. 

Y aunque un resultado negativo también vale, los investigadores del Qubic están confiados porque la teoría inflacionaria predijo otros fenómenos que ya se verificaron. “No nos vamos a tirar a la pileta sin estar seguros de que hay un poquito de agua”, bromea García, volviendo a utilizar una metáfora hídrica.