A joint Fermilab/SLAC publication
Mountains and night sky
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Pedro Rivas

Un lugar totalmente despejado para estudiar los cielos

10/09/19

En las últimas décadas, Argentina y Chile han demostrado ser óptimos para la observación de los astros: una posición que ha sido un beneficio en muchos sentidos para ambos países.

En 2000, Ingo Allekotte se sentó detrás de una mesa en Malargüe, una ciudad argentina con una población de menos de 18.000 habitantes ubicada en las faldas de la cordillera de los Andes, mientras escuchaba una conferencia informal sobre las partículas del espacio. Este hubiera sido un evento ordinario para Allekotte, un científico, si no fuera porque el lugar no era una universidad, sino un restaurante, y el orador no era un científico, sino un mesero. Simplemente había aprendido de astrofísica debido al lugar en el que vive y las personas que lo visitan. 

Atraídos por una combinación de factores ambientales, personas como Allekotte habían llegado a Malargüe para instalar un conjunto de detectores que recolectan señales de estas partículas, llamadas rayos cósmicos. 

No fueron los únicos en elegir América Latina como base para estudiar lo que hay más allá de la atmósfera de la Tierra. Una afluencia de investigadores de todo el mundo ha dejado huellas en la ciencia, la tecnología, la cultura y la gente de América Latina, e incluso en al menos un trabajador de restaurante. Esto sucede especialmente en Malargüe, hogar del observatorio de rayos cósmicos Pierre Auger, y en todo Chile, un país con más observatorios astronómicos que ningún otro.

Chile, Atacama Desert, Cerro Tololo Inter-American Observatory, LSST, E-ELT, GMT
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Pedro Rivas

Un centro de astronomía

El desierto de Atacama, en el norte de Chile, podría confundirse fácilmente con la superficie de otro mundo. Las escasas lluvias hacen de Atacama una de las regiones más yermas de la Tierra, lo que le da las condiciones áridas que se esperaría encontrar en Marte. 

El desierto de Atacama se extiende por cientos de millas, delimitado por el océano al oeste y la cordillera de los Andes al este. Debido a su ubicación única, el desierto tiene cielos despejados más del 90% de las noches del año, con casi nada de vapor de agua en la atmósfera. 

“Cuando lo juntas todo, obtienes estas condiciones únicas que explican por qué Atacama es el mejor lugar del mundo para instalar telescopios”, dice Ezequiel Treister, astrónomo de la Pontificia Universidad Católica de Chile. 

Actualmente, el desierto de Atacama y los Andes chilenos cercanos albergan más de media docena de observatorios astronómicos científicos. Una vez que se complete la construcción del Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos (LSST), el Telescopio Extremadamente Grande Europeo (E-ELT) y el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT), Chile albergará alrededor del 70% del total de los recursos astronómicos del mundo. 

El impecable cielo nocturno de Chile ha despertado el interés de la comunidad científica internacional durante más de un siglo. Ya en el siglo XIX, los astrónomos de Estados Unidos y Europa emprendieron expediciones científicas al país sudamericano y ayudaron a establecer un puñado de observatorios astronómicos locales en la región. 

En la década de 1960, la Universidad de Chile y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) unieron fuerzas con la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) para crear el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO). Este complejo de telescopios e instrumentos astronómicos, construido en las montañas que bordean el extremo sur de Atacama, se convirtió en el primer gran observatorio internacional de Chile. Poco después, el Observatorio Europeo Austral (ESO) construyó el Observatorio La Silla, uno de los dos que tiene actualmente en el país. 

El auge de la construcción de observatorios que comenzó hace casi seis décadas sigue en curso en la actualidad. “El desarrollo de la astronomía en Chile en las últimas décadas ha sido realmente exponencial”, indica Treister. Estamos muy bien conectados con institutos de todo el mundo, principalmente de Estados Unidos, Europa y Asia”.

El trabajo realizado en los observatorios chilenos ha contribuido a importantes avances científicos, como el descubrimiento en 1998 de que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado (una idea que condujo al descubrimiento de la energía oscura) junto con la obtención reciente de la primera imagen de un agujero negro. “Realmente se me hace difícil pensar en algún logro astronómico de los últimos 20 a 30 años que no involucre a los observatorios en Chile”, afirma Treister. 

La tendencia ha contribuido al desarrollo de nuevos programas universitarios relacionados con la astronomía y un incremento en la cantidad de astrónomos profesionales en Chile. Mónica Rubio, astrónoma y presidenta de la Sociedad Chilena de Astronomía (SOCHIAS), recuerda que cuando se matriculó en la escuela de posgrado en los ochenta, no había programas de doctorado en astronomía en Chile; tuvo que ir a Francia para obtener un doctorado.  

Hoy por hoy, la situación ha cambiado drásticamente. Rubio dice que, en las últimas décadas, los fondos aportados tanto por el gobierno chileno como por los observatorios internacionales que operan en el país han permitido que más instituciones ofrezcan programas de pregrado, maestría y doctorado en astronomía. “Hemos pasado de tres universidades que ofrecían astronomía en 2000 a tener ahora 15 universidades, más de 200 astrónomos y cientos de estudiantes”, agrega. “El aumento de las cifras ha sido sorprendente”. 

Los acuerdos firmados por los observatorios para reservar al menos el 10% de su tiempo de observación para los académicos que trabajan en instituciones chilenas han ayudado a impulsar la ciencia en el país. “Nos hemos beneficiado mucho del tiempo de observación dedicado”, dice Ricardo Finger, ingeniero del Laboratorio de Ondas Milimétricas de la Universidad de Chile. “La astronomía se ha desarrollado a un ritmo muy rápido, y ahora es una de las ciencias más importantes en Chile”.

Transferencia tecnológica

En el Laboratorio de Ondas Milimétricas, un grupo multidisciplinario de astrónomos, ingenieros y técnicos trabaja en el desarrollo de tecnologías astronómicas. Esto incluye construir receptores para radiotelescopios y generar algoritmos para el procesamiento de datos. 

En los últimos años, el laboratorio también ha estado buscando formas de aplicar sus tecnologías para que su uso sea más extendido en industrias chilenas. Un dispositivo que el equipo desarrolló utiliza la técnica de antenas en fases de los radiotelescopios para detectar las señales de los teléfonos celulares. El dispositivo genera un mapa de radiación electromagnética en el entorno, similar a la forma en que una cámara térmica genera un mapa de calor de sus alrededores. 

“La idea es que, si tienes esta cámara, puedes apuntarla a un terreno y saber si, por ejemplo, un teléfono celular está transmitiendo, incluso si está oculto”, explica Finger. “Eso podría ser útil en diferentes campos, como en operaciones de búsqueda y salvamento, especialmente en Chile, que es un país muy sísmico”. 

El laboratorio también diseñó un dispositivo que puede detectar la temperatura y el nivel de humedad del suelo y transferir esos datos a un lugar a varios kilómetros de distancia. Finger indica que la herramienta resulta particularmente útil en la industria minera, donde se utiliza el proceso de “lixiviación” para extraer metales como el cobre vertiendo una solución de agua y ácido sobre rocas. Si hay demasiada agua en el suelo, la mezcla de agua y ácido puede desbordarse a los alrededores. Por otro lado, si no hay suficiente agua, la extracción puede ser ineficiente. 

“Varias empresas quieren representar este producto”, indica Finger. “Después de unos años de prueba y error, ese fue el primer caso de éxito que tuvimos”. 

Finger afirma que el equipo ha construido otros pocos dispositivos, y todavía está buscando más maneras de aplicar su tecnología fuera del observatorio. “Seguro que habrá nuevas ideas”. 

El crecimiento de los grandes observatorios, y las enormes cantidades de datos que han generado, también han ayudado a Chile a desarrollar herramientas avanzadas para big data y astroinformática. 

Estas tecnologías probablemente recibirán un nuevo impulso cuando la construcción del LSST, un telescopio equipado con la cámara digital más grande del mundo, se complete a principios de la década de 2020. Para proporcionar un estudio profundo y detallado del universo, el enorme telescopio que está construyendo NSF recolectará unos 30 terabytes de datos cada noche. 

“La cantidad de datos que el LSST recopilará es incomparable”, dice Rubio. Una ventaja de desarrollar tecnologías para gestionar este gran volumen de información, agrega, es que “las herramientas que se requieren para el análisis de big data pueden aplicarse fácilmente a otras disciplinas, como la medicina, el comercio minorista y las finanzas”. 

El gobierno chileno lanzó recientemente el proyecto Observatorio de Datos, una iniciativa para recopilar, analizar y almacenar grandes conjuntos de datos generados en el país. Planean usar datos astronómicos para la primera prueba de este proyecto, que se llevará a cabo en colaboración con Amazon Web Services y la Universidad Adolfo Ibáñez.

 Argentina, Malargüe City, Pierre Auger Observatory, 1600 detectors, James Cronin School
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Pedro Rivas

Un observatorio único en Argentina

En 1992, los físicos Jim Cronin, premio Nobel y catedrático de la Universidad de Chicago, y Alan Watson, catedrático de la Universidad de Leeds en el Reino Unido, propusieron la construcción de un enorme observatorio para investigar los rayos cósmicos que chocan con la Tierra a energías increíblemente altas.

Estas partículas de muy altas energías son raras y, por lo tanto, difíciles de captar, por lo que querían que sus instrumentos cubrieran la mayor cantidad de terreno posible. Los científicos habían construido observatorios de rayos cósmicos antes, pero ninguno poseía la sensibilidad que Cronin y Watson estaban buscando. 

Para hacer realidad esta visión, Cronin encabezó las actividades dedicadas a difundir el entusiasmo por el proyecto en todo el mundo, lo que finalmente llevó a una colaboración internacional. En 1998, después de una serie de talleres, el grupo eligió un lugar a las afueras de Malargüe, Argentina, como la ubicación de su ambicioso observatorio de rayos cósmicos, que nombraron en honor al investigador francés de rayos cósmicos Pierre Auger. 

Allekotte, el actual gerente de proyecto del Observatorio Pierre Auger, dice que Malargüe era una ubicación óptima por varias razones. En primer lugar, la ciudad, que se encuentra en las faldas de la cordillera de los Andes, está rodeada por un área muy plana. Al estar bastante aislada (a más de 100 kilómetros o 60 millas de la siguiente ciudad) y ser tan pequeña, casi no emite luz ni contaminación del aire. Además, los proyectos anteriores de exploración y extracción de uranio y petróleo en la región habían dejado algunas infraestructuras básicas, como carreteras. Y el alcalde de Malargüe apoyaba el proyecto.

La construcción se completó en 2008. El conjunto ahora tiene un tamaño de 3000 kilómetros cuadrados (más de 1000 millas cuadradas) y consta de más de 1600 detectores. 

El observatorio utiliza dos métodos diferentes para detectar rayos cósmicos: “detectores de superficie”, que rastrean partículas que pasan a través de grandes tanques llenos de agua, y “detectores de fluorescencia”, que captan la luz ultravioleta emitida cuando las partículas cósmicas interactúan con el nitrógeno presente en la atmósfera de la Tierra. 

Los científicos e ingenieros argentinos han desempeñado un papel importante tanto en la construcción como en la continua investigación del Observatorio Pierre Auger. Según Allekotte, aproximadamente del 10 al 15 por ciento de las instituciones que el observatorio alberga son de Argentina. El resto son de otros 16 países. 

Carla Bonifazi, física de la Universidad Federal de Río de Janeiro, dice que eligió completar sus estudios de doctorado en Pierre Auger porque le permitía trabajar en la primera gran colaboración internacional de física de partículas en Argentina. “Esta fue una gran oportunidad. Estuve allí en el momento adecuado”. 

Poco después de que Pierre Auger comenzara a funcionar, la Universidad Nacional de Cuyo (con sede en Mendoza, una gran ciudad a 400 kilómetros del observatorio) abrió una sucursal regional en Malargüe. “Esto no está necesariamente relacionado con el observatorio, pero creo que el hecho de que el observatorio estuviera allí influyó mucho”, dice Allekotte. “Y a menudo los ingenieros y científicos que trabajan en el observatorio enseñan en la universidad”. 

Además de la física de rayos cósmicos, los científicos e ingenieros de Pierre Auger han participado en varios proyectos paralelos. Han trabajado en programas de monitoreo atmosférico utilizando instrumentos instalados en el lugar, y han brindado servicios e infraestructura para proyectos sísmicos y programas satelitales. “Cuando creamos un observatorio de este tipo, resulta que tiene algunos subproductos que lo hacen interesante y multidisciplinario”, indica Allekotte.

Una pequeña ciudad internacional

Desde el lanzamiento de Pierre Auger, la población de Malargüe ha seguido creciendo; hoy más de 27.000 personas residen allí. Muchos científicos extranjeros han viajado a la ciudad para trabajar en el observatorio. Una o dos veces al año, más de 100 colaboradores internacionales celebran ahí sus reuniones científicas. 

“Cuando comenzó el observatorio, para la gente de Malargüe era un poco extraño ver a todos los visitantes extranjeros en los restaurantes, los hoteles y caminando por las calles”, dice Gualberto Ávila, el administrador del Observatorio Pierre Auger. 

Aun así, el personal de Pierre Auger se ha esforzado por alentar la interrelación. “Al principio pensamos en tener habitaciones en el complejo para los científicos visitantes”, recuerda Allekotte, “pero luego descartamos esta idea y decidimos que las personas que venían al observatorio alquilaran un apartamento o vivienda en la ciudad”. 

Allekotte cree que fue una buena decisión porque esto permitió que los académicos extranjeros interactuaran más estrechamente con la gente de Malargüe, lo que condujo, por ejemplo, a conferencias científicas espontáneas impartidas por meseros. 

Pierre Auger ha cambiado la vida de los ciudadanos de Malargüe de varias maneras. 

Los científicos del observatorio han donado dinero, libros y materiales educativos a las escuelas locales. En 2006, la ciudad inauguró la Escuela James W. Cronin, una escuela secundaria que lleva el nombre del físico por sus contribuciones a la comunidad local. 

Cuando se instaló una línea eléctrica para alimentar los detectores del observatorio, muchas casas rurales también se conectaron a la red por primera vez. “Creo que este fue el impacto más importante para la infraestructura de la zona”, indica Ávila.

Inicialmente se decidió que el Observatorio Pierre Auger funcionaría hasta 2015, pero la colaboración internacional acordó modernizar las instalaciones y extender su vida útil por al menos otros 10 años.

Map of Chile with facility locations
Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Pedro Rivas

Siguiendo la ciencia

Un centro de visitantes en Malargüe proporciona información sobre el Observatorio Pierre Auger y la física de rayos cósmicos. Desde 2001, ha acogido a más de 100.000 personas de Argentina y el extranjero. Las ferias de ciencias que el observatorio celebra cada par de años han atraído también a estudiantes y maestros de todo el país. 

Allekotte afirma que la ciencia de rayos cósmicos ha calado en la vida cotidiana en Malargüe. “Malargüe se promociona como una ciudad para el turismo científico. El observatorio es esencial para darle a la ciudad esta característica”. 

Por su parte, Chile ahora tiene al menos 10 observatorios astronómicos destinados para el turismo donde los astrónomos aficionados pueden mirar a través de telescopios para ver de cerca el cielo nocturno. Los observatorios profesionales también consideran que el contacto con la comunidad local es clave para sus misiones. 

Según Rubio, las regiones que albergan estas instalaciones también se han beneficiado económicamente de la afluencia de turistas, especialmente durante eventos especiales, como el eclipse solar total que se vio en algunas partes de Chile y Argentina en julio de 2019. 

Rubio afirma que el rápido avance de la astronomía en Chile también ha sido motivo para un aumento del interés público por la ciencia. “En la actualidad, vemos noticias sobre astronomía casi a diario. Los muy buenos cielos e instalaciones astronómicas de Chile se han convertido en parte de la identidad nacional”.


Chile Observatories
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