Ciencias Exactas, Físicas y Naturales 2016
Entendimiento de errores sistemáticos para permitir el uso de lentes gravitacionales débiles como una herramienta cosmológica

Autor: Andrés Alejandro Plazas Malagón, joven físico que actualmente está haciendo su Postdoctorado en California Institute of Technology (Caltech) en el NASA-Jet Propulsion Laboratory (JPL), Estados Unidos.

El trabajo por el cual ganó el Premio se desarrolla en el área de la Cosmología Observacional. El conjunto de artículos presentados para esta convocatoria, intenta entender y caracterizar varios errores sistemáticos a la hora de usar los lentes gravitacionales débiles, una de las herramientas más poderosas para saber más acerca de la energía y la materia oscura.

El propósito de esta investigación es calibrar y/o caracterizar los errores sistemáticos presentes a la hora de hacer mediciones para poder inferir la señal debida al efecto de lente gravitacional débil. Y prevenir sesgos en los cálculos de los parámetros que describen la materia y la energía oscura en el modelo cosmológico estándar actual. Estos aportes han sido reportados en las revistas de primer orden en el mundo sobre el tema.

Nuestro trabajo se realiza en el contexto de la cosmología, que es la ciencia encargada de estudiar el universo como un todo. A través del método científico se buscan resolver cuestiones acerca del origen, contenido, evolución y destino del universo. Muchas de estas preguntas fundamentales han surgido en diferentes culturas desde tiempos antiguos.

Nuestro objetivo general es conocer un poco más acerca de la energía oscura, un componente que actúa como una fuerza repulsiva, que constituye 68.3% del contenido total del universo y que está causando su expansión acelerada, es decir, más y más rápido con el tiempo. Hasta su descubrimiento en 1998 se sabía que el universo se estaba expandiendo, pero se pensaba que lo hacía cada vez más y más lentamente, debido a la fuerza de gravedad de la material en él. Este es uno de los problemas más importantes en la cosmología y física moderna (el Premio Nobel en física de 2011 fue otorgado a los directores de los equipos que midieron la expansión acelerada del universo).

Para conocer un poco más acerca de la energía oscura queremos crear mapas de la distribución de materia oscura en el universo y ver cómo esta distribución evoluciona en el tiempo, pero es el mayor componente de galaxias y cúmulos de galaxias y domina su formación a través de la fuerza de la gravedad. En general, la materia oscura quiere "juntarse" más y más con el tiempo mientras que la energía oscura busca "separarla". Así pues, es como un "tire y afloje" cósmico. Al medir la distribución de materia oscura en el tiempo, podemos aprender más acerca de la energía oscura.

La materia oscura es muy difícil de detectar, de hecho, no lo hemos hecho directamente y aún no sabemos exactamente qué es, pero lo que sí hemos hecho es medir su efecto a través de la gravedad. Una de las técnicas que usamos para "ver" este componente "invisible" se conoce como lentes gravitacionales. Cualquier distribución de materia distorsiona la trayectoria de un rayo de luz que pase junto a ella, análogo a un lente común y corriente, que también desvía la luz. De esta manera, las galaxias que están muy, muy lejanas se ven distorsionadas por la distribución de materia oscura entre ellas y la Tierra; al medir esas distorsiones, podemos hacer un mapa de la materia oscura.

Nuestro trabajo se ha centrado en entender con gran detalle diferentes tipos de errores sistemáticos (contrario a errores estadísticos) en el régimen de lentes gravitacionales conocido como "débil", en el cual las distorsiones son muy sutiles. Hemos investigado, por ejemplo, cómo las propiedades de los detectores (CCDs y detectores infrarrojos), que se usarán en proyectos actuales y futuros y que utilizarán esta técnica, afectarán la señal producida, y cómo sesgarían nuestro conocimiento sobre la energía oscura si no los corregimos o calibramos.

En particular, hemos estudiado propiedades de los pixeles de CCDs y detectores infrarrojos como área, eficiencia, linealidad y capacidad de reproducir imágenes de los instrumentos de tres proyectos que están usando y usarán la técnica de lentes gravitacionales débiles para conocer más sobre la energía oscura: el Dark Energy Survey (DES), el Large Synoptic Survey Telescope (LSST) y el Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) de la NASA.

Nuestro trabajo contribuyó a la realización de los primeros análisis de DES, y sirve de base para derivar requerimientos y métodos de corrección de errores sistemáticos para los detectores de LSST y WFIRST (proyectos que aún no han empezado).

 



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