Cómo la astronomía multimensajista está descubriendo pistas sobre el cosmos

Los astrónomos han tenido un año de gran éxito.

Además de rastrear una fuente cósmica de neutrinos, han detectado la fusión de dos estrellas de neutrones del tamaño de una ciudad, cada una más masiva que el sol.

Los descubrimientos se anunciaron como una evidencia de que había llegado una "nueva era de la astronomía multimensajista".

¿Pero qué es la astronomía multimessenger?

En nuestra vida cotidiana, interpretamos el mundo que nos rodea en función de diferentes señales, como las ondas de sonido, la luz (un tipo de onda electromagnética) y la presión de la piel. Cada una de estas señales puede ser transportada por un "mensajero" diferente. Los nuevos mensajeros conducen a nuevas perspectivas. Así que los astrónomos han recibido con entusiasmo un nuevo grupo de mensajeros para su ciencia.

Muchos mensajeros

Para la mayor parte de la historia de la astronomía, los científicos estudiaron principalmente las señales transmitidas por un solo mensajero, la radiación electromagnética. Estas ondas, que se mueven a través del espacio y el tiempo, se describen por sus longitudes de onda o la cantidad de energía que se encuentra en sus partículas, los fotones.

Las ondas de radio tienen fotones con la menor cantidad de energía y las longitudes de onda más largas, seguidas del infrarrojo y la luz óptica en energías intermedias y longitudes de onda. Los rayos X y los rayos gamma tienen las longitudes de onda más cortas y la energía más alta.

Pero los científicos estudian a otros mensajeros, también:

• Rayos cósmicos: partículas atómicas cargadas y núcleos que viajan cerca de la velocidad de la luz.
• Neutrinos: partículas sin carga que ven la mayor parte del universo como transparente.
• Ondas gravitacionales: arrugas en el tejido mismo del espacio y el tiempo.

Y mientras algunos campos de la astronomía han explorado estos mensajeros durante años, los astrónomos solo han observado recientemente eventos más allá de la Vía Láctea con más de un mensajero al mismo tiempo. En solo unos pocos meses, el número de fuentes donde los astrónomos pueden juntar las señales de diferentes mensajeros se duplicó.

Como un paseo por la playa

La astronomía multimessenger es una evolución natural de la astronomía. Los científicos necesitan más datos para obtener una imagen completa de los objetos que estudian y relacionar las teorías que desarrollan con sus observaciones.

Los astrónomos han combinado diferentes longitudes de onda de fotones para reconstruir algunos de los misterios del universo. Por ejemplo, la combinación de datos de radio y ópticos desempeñó un papel importante en la determinación de que la Vía Láctea es una galaxia espiral en 1951.

Y la astronomía continúa revelando grandes resultados sobre nuestro universo usando solo un mensajero, los fotones. Entonces, si la astronomía multimessenger es solo un paso evolutivo de una increíble historia de éxitos, ¿eso significa que es solo una nueva palabra de moda?

No lo creemos.

Imagina que estás caminando por una playa del océano. Estás disfrutando la vista de una increíble puesta de sol, escuchando las olas, sintiendo la arena bajo tus pies y oliendo el aire salado. Tus sentidos combinados forman una experiencia más completa.

Con la astronomía multimensajista, esperamos aprender más del universo mediante la combinación de múltiples mensajeros, al igual que combinamos la vista, el oído, el tacto y el olfato.

Pero no siempre es un picnic

Las culturas de los astrónomos y los físicos de partículas representan diferentes enfoques de la ciencia. En la astronomía multimessenger, estas culturas chocan.

La astronomía es un campo de observación y no un experimento. Estudiamos objetos astronómicos que cambian con el tiempo (astronomía en el dominio del tiempo), lo que significa que a menudo solo tenemos una oportunidad de observar un evento astronómico transitorio.

Hasta hace poco, la mayoría de los astrónomos en el dominio del tiempo trabajaban en pequeños equipos, en muchos proyectos a la vez. Utilizamos recursos como el Telegrama del astrónomo o la Red de coordinación de rayos gamma para comunicar rápidamente los resultados, incluso antes de enviar artículos científicos.

Dado que la mayoría de las fuentes esperadas de señales multimessenger son eventos astronómicos transitorios, es un gran esfuerzo capturar a los mensajeros además de los fotones.

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Los físicos de partículas han liderado el camino en la creación de grandes colaboraciones internacionales para abordar sus problemas más difíciles, como el Gran Colisionador de Hadrones, el Observatorio de Neutrinos IceCube y el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (LIGO). Para que cientos de miles de investigadores trabajen en pos de objetivos comunes, se requiere una identificación exhaustiva de los roles, pautas de comunicación estrictas y muchas teleconferencias.

La necesidad de responder a los cambios rápidos en una fuente de multimessenger y el enorme esfuerzo por capturar señales de multimessenger significa que la astronomía y la física de partículas deben fusionarse entre sí para obtener lo mejor de ambas culturas.

Los beneficios de la astronomía multimessenger

Si bien la astronomía multimessenger es una evolución de lo que los astrónomos y los físicos de partículas han hecho durante décadas, los resultados combinados son intrigantes.

La detección de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de estrellas de neutrones confirmó que estas colisiones generaron una gran fracción del oro y el platino en la Tierra (y en todo el universo). También mostró cómo estas colisiones dan lugar a (al menos algunos) estallidos de rayos gamma cortos: el origen de estos eventos explosivos ha sido una gran pregunta abierta en astronomía.

La primera asociación de un neutrino con una sola fuente astronómica permitió vislumbrar cómo el universo produce sus partículas más energéticas. La astronomía multimensajista está revelando detalles sobre algunas de las condiciones más extremas de nuestro universo.

La perspectiva multimessenger ya está produciendo más que la suma de sus partes, y podemos esperar ver descubrimientos más sorprendentes en el futuro. Los equipos de élite en todo Canadá ya están contribuyendo al crecimiento de este campo joven, y la astronomía de mensajería múltiple promete desempeñar un papel importante en nuestra próxima década de investigación astronómica en Canadá y en todo el mundo.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Gregory Sivakoff y Daryl Haggard. Lee el artículo original aquí.