El Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología (KIPAC), una operación conjunta del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía de EE. UU. y la Universidad de Stanford, celebra su vigésimo aniversario. El instituto fue fundado gracias a una subvención de la Fundación Kavli en 2003 y desde entonces ha estudiado los misterios del universo mediante teoría, cálculo, experimentos y observación.
“Hemos hecho un gran partido Conferencia este mes “En celebración de nuestro vigésimo aniversario”, dijo la directora de KIPAC, Risa Wechsler, quien recientemente fue reelegida para el cargo. “Esto destacó tres cosas para mí: en primer lugar, lo emocionante que será la próxima década, con la increíble variedad de datos provenientes del Observatorio Rubin, otros conjuntos de datos de múltiples longitudes de onda y los nuevos instrumentos que se están construyendo en KIPAC. impacto que nuestros graduados han tenido en el mundo, tanto en astrofísica como en muchos otros campos a los que aportan su formación. Y tercero, la comunidad realmente única que hemos construido a lo largo de los años en KIPAC, que creo que es una de «Los mejores entornos del mundo para que las personas aprendan y hagan descubrimientos. Nuevos juntos». en la Universidad de Stanford y profesor de física, física de partículas y astrofísica en SLAC.
Entre los logros del instituto en las últimas dos décadas se encuentran conocimientos sobre la materia oscura, los agujeros negros, la formación de galaxias y la historia de 14 mil millones de años del universo, pero los científicos de KIPAC también tienen mucho que esperar. Entre los aspectos más destacados: nuevos telescopios, nuevas sinergias y nuevas formas de observar una gran cantidad de datos nuevos.
Más que la suma de sus partes
Una cosa que Susan Clark, física de la Universidad de Stanford y miembro de KIPAC, espera con ansias es una enorme cantidad de datos provenientes de los nuevos telescopios en cantidades sin precedentes. Se fabrican diferentes tipos de telescopios para detectar diferentes longitudes de onda de luz: mientras algunos ven luz visible, otros miden ondas de radio o rayos X, y la combinación de datos de diferentes estudios del cielo permite a los miembros de KIPAC responder preguntas sobre el universo de nuevas maneras.
«Estamos en una era de astronomía rica en datos, y KIPAC es un lugar increíblemente emocionante para hacer física con grandes conjuntos de datos de múltiples longitudes de onda», dijo Clark, quien ha estado en Stanford y KIPAC durante dos años. «Los miembros de KIPAC están liderando una serie de proyectos ambiciosos y tenemos muchos científicos creativos que piensan en cómo descifrar el universo desde muchos ángulos diferentes».
Clark estudia los campos magnéticos cósmicos y la física del medio interestelar, nombre que recibe la materia y radiación que llena el espacio entre las estrellas. Para ello, debe recopilar información de los estudios del cielo.
«Nuestros datos normalmente nos dan una pieza del rompecabezas a la vez, como un componente de la dirección del campo magnético», dijo.
Pero combinados, estos conjuntos de datos podrían proporcionar nueva información detallada sobre nuestra galaxia y más allá. Asimismo, la comunidad KIPAC está mejor unida.
«KIPAC es más que la suma de sus partes, lo cual es impresionante considerando que sus partes individuales son científicos notables», dijo Clark. «Para mí, la clave es que hemos construido una comunidad de apoyo dentro de KIPAC, una que fomenta el cuestionamiento y la colaboración efectiva e incluye intencionalmente a una amplia comunidad de académicos».
Encuesta transformacional
Un futuro estudio del cielo que inundará a KIPAC con datos es el Observatorio Vera C. Rubin. Los investigadores de SLAC, incluidos varios de KIPAC, están liderando la creación de la cámara LSST de Rubin, la cámara digital más grande jamás diseñada para astronomía. Una vez terminado, Rubin será al menos 30 veces más potente que sus predecesores: los mejores telescopios actuales pueden alcanzar unos 2.000 millones de estrellas en la Vía Láctea, mientras que Rubin, con su amplio campo de visión, podrá alcanzar al menos 10.000 millones. estrellas. En nuestra galaxia, con mucha mayor precisión.
«Creo que lo más emocionante sobre el futuro de KIPAC es que Rubin se está poniendo a trabajar. Hay mucha ciencia que surgirá de esto», dijo Kevin Burdge, actualmente miembro de Pappalardo en el Departamento de Física del MIT. Burdge comenzará su trabajo como profesor asistente de física en la Universidad de Stanford el próximo año. En KIPAC, utilizará imágenes de Robin para estudiar cómo cambia con el tiempo el brillo de los cadáveres de estrellas y sus explosiones, lo que les dará a los científicos más información sobre la evolución del universo.
Además de ilustrar la historia de las galaxias individuales y del universo en su conjunto, Rubin catalogará el sistema solar y ayudará a los científicos a comprender la materia y la energía oscuras. Incluso puede cambiar el panorama astrofísico y cosmológico de maneras inesperadas.
«Hasta ahora sólo hemos estado arañando la superficie», dijo Burdge. «El conjunto de datos de Rubin será tan enorme que abrirá las compuertas a diferentes tipos de ciencia y empujará a KIPAC a desarrollar nuevas e interesantes formas que ni siquiera podemos predecir todavía. Creo que nos dejará boquiabiertos».
Al igual que en el trabajo de Clark, la producción de Rubin se puede combinar con diferentes tipos de conjuntos de datos de otros proyectos en el horizonte. Rubin medirá la luz en una variedad de longitudes de onda, principalmente en todo el espectro visible, pero también incluirá algo de luz ultravioleta e infrarroja cercana. La combinación de las imágenes de Rubin con imágenes de rayos X o mediciones de detectores de ondas gravitacionales brindará a los investigadores más información sobre los objetos celestes.
«Existe una sinergia asombrosa cuando se combinan las dos formas de estudiar estas cosas», dijo Burdge.
Pero la extraordinaria cantidad de datos que se espera provengan de Rubin y otras encuestas y experimentos significa que los investigadores de KIPAC necesitan formas avanzadas de almacenarlos y analizarlos. Afortunadamente, también se vislumbran en el horizonte nuevas formas de procesar datos.
Inteligencia artificial, simulación y detección.
Zeeshan Ahmed, científico senior de SLAC, se unió a KIPAC como investigador postdoctoral en 2011 y asumió un puesto permanente en 2015. Tiene grandes esperanzas en la inteligencia artificial (IA), que ayudará a los científicos a examinar cantidades masivas de datos para captar señales. del ruido. y fondo, ahorrando tiempo y recursos computacionales.
«La IA va a desempeñar un papel muy importante y espero que KIPAC esté a la vanguardia en el dominio de algunas de estas tecnologías», afirmó. Ahmed estudia el fondo cósmico de microondas (CMB), la luz liberada poco después del Big Bang que permite a los científicos aprender sobre el universo naciente. Afirmó que los miembros del grupo CMB de KIPAC ya han comenzado a integrar la IA en su trabajo.
La mejora de la potencia informática también complementará estos conjuntos de datos abundantes y limpios. Las modernas instalaciones computacionales de que dispone KIPAC mejoran las simulaciones de cómo evolucionó el universo, que los científicos pueden comparar con sus mediciones para comprender mejor.
«Con todos los datos que llegan, también es fantástico que haya simulaciones y cálculos teóricos que puedan mantenerse al día y mejorarán en los próximos 10 años», afirmó Ahmed.
Además de la inteligencia artificial, dijo Ahmed, el desarrollo de mejores sensores también reducirá el ruido en futuros conjuntos de datos.
«Las capacidades de detección de los instrumentos que realizan las mediciones mejoran con cada año y década que pasa», dijo Ahmed. En particular, los sensores cuánticos podrán detectar señales con mayor sensibilidad. Algunos experimentos en los que participan miembros de KIPAC ya prevén utilizar sensores cuánticos para buscar materia oscura.
«Creo que algún día la detección cuántica estará en todas partes, lo cual es fantástico», afirmó Ahmed.
Sin embargo, al final, Ahmed cree que es la gente de KIPAC la que hace que esta organización tenga éxito.
«Atraemos a los mejores teóricos, experimentadores, ingenieros, técnicos, estudiantes y postdoctorados, y creo que este lugar hace un muy buen trabajo al reunir a todas estas personas para interactuar», dijo. «Es un ambiente intelectualmente vibrante y creo que eso es una gran parte de lo que hace que KIPAC tenga éxito».
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