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Cuando la astrofísica Andrea Ghez '87 era una niña que crecía en Chicago, su padre le dio una biografía de Marie Curie, y la lección que aprendió de ella fue que una mujer puede ser una gran científica, tener hijos y ganar un Premio Nobel. . Por ahora, Ghez ha hecho los tres y no muestra signos de desaceleración.

Ghez compartió el Premio Nobel de física en 2020 por 25 años de investigación que confirma la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Ella es solo la cuarta mujer en recibir el premio de física.

El trabajo llevó décadas, durante las cuales la tecnología y los instrumentos cambiaron, los estudiantes de posgrado iban y venían y enormes cantidades de datos se procesaban cuidadosamente una y otra vez. Uno de los exestudiantes de doctorado de Ghez y ahora colega en la Universidad de California, Los Ángeles, Tuan Do, habla de la magnitud del esfuerzo: Con este trabajo, no solo requiere paciencia, sino también un pensamiento realmente meticuloso sobre lo que está sucediendo exactamente. Estas mediciones son difíciles de hacer... Pasamos muchos años tratando de traducir entre instrumentos.

A diferencia de los agujeros negros de masa estelar, que tienen aproximadamente 10 veces la masa de nuestro sol y fueron predichos por la teoría antes de ser descubiertos por observación, los agujeros negros supermasivos, que pueden alcanzar entre un millón y mil millones de veces la masa del sol, se postularon como un resultado de la observación directa. Los astrónomos habían notado enormes cantidades de energía provenientes de los centros de algunas galaxias, cantidades que solo un objeto de enorme densidad podría explicar. Se preguntaron si, de hecho, cada galaxia podría contener un agujero negro supermasivo en su centro. Demostrar que uno existe en el centro de nuestra propia galaxia, que es una galaxia común y corriente, totalmente normal, dice Ghez, demuestra que este podría ser el caso.

Dado que los agujeros negros absorben incluso la luz, probar su existencia requiere medios indirectos. La investigación de Ghez logró esto mediante el uso de técnicas novedosas para medir el movimiento de las estrellas alrededor de la masa central de la Vía Láctea, demostrando que deben estar orbitando un objeto tan masivo que no puede ser más que un agujero negro.

alegría total

Cuando era niña, dice Ghez, el espacio y el tiempo solían mantenerme despierto por la noche. Se sintió atraída por las matemáticas como el lenguaje para resolver todas estas preguntas esotéricas sobre el espacio y el tiempo, y devoró la colección de ensayos sobre el infinito de Isaac Asimov. También amaba una buena novela de misterio. Todavía lo hago, dice ella. A los 17, se postuló para la acción temprana del MIT, ya segura de que estaba interesada en estudiar matemáticas y ciencias.

Aunque Ghez primero tenía la intención de especializarse en matemáticas, rápidamente se inclinó hacia la física y se sumergió en la investigación astrofísica a través de un UROP trabajando con el profesor Hale Bradt, PhD '61, quien fundó el programa de cohetes sonda del MIT en astronomía de rayos X. Él le brindó la oportunidad de trabajar con sistemas de datos satelitales y también con grandes telescopios ópticos profesionales. Me enamoré de los telescopios: lo que ves y haces, dice ella. Y descubrió su pasión por los agujeros negros.

La posición exacta del centro galáctico, que alberga el agujero negro (invisible) conocido como Sagitario A*, está marcada por la cruz naranja.

ESO/MPE/S. GILLESSEN Y AL.

El MIT hizo un trabajo fantástico al alentar realmente a sus estudiantes universitarios a oportunidades [de investigación], dice ella.

Ghez lleva adelante esa filosofía en su enseñanza en UCLA, donde ha estado desde 1994, brindando a los estudiantes universitarios oportunidades tempranas para aprender sobre la cultura de la investigación y las habilidades necesarias para hacer ciencia profesional. Es muy diferente del aprendizaje en el aula, dice ella. La forma en que se hace la ciencia no es la forma en que enseñamos el conocimiento científico.

También aprecia el MIT como un lugar donde la gente realmente se divierte; recuerda muchas risas y dice que es lo mismo en su Grupo del Centro Galáctico en UCLA. Si bien es un [trabajo] serio, también tenía este elemento de alegría total, dice ella. No creo que sea así como la mayoría de la gente piensa del MIT o de la ciencia.

detective galáctico

Como detectives que ajustan la red alrededor de un sospechoso, Ghez y su equipo, junto con investigadores alemanes dirigidos por Reinhard Genzel, uno de los científicos con los que Ghez compartió el Nobel de 2020, se han estado acercando al agujero negro supermasivo de la Vía Láctea por etapas. Como no pueden verlo, deben inferir su presencia tomando medidas cada vez más precisas de la región y luego usando física básica para calcular el tamaño de su masa central. La prueba definitiva de que el objeto invisible en el núcleo de la galaxia es un agujero negro, explica Ghez, es mostrar que la masa que contiene está confinada a un área más pequeña que su radio de Schwarzschild, a menudo denominado horizonte de eventos, el límite dentro del cual la atracción gravitatoria entre las partículas físicas es tan intensa que la materia colapsa sobre sí misma y nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Si bien no han limitado del todo el objeto, conocido como Sagittarius A*, a ese radio, las observaciones cada vez más precisas de Ghez de sus estrellas en órbita han reducido la distancia en un factor de 10 millones desde que comenzó el trabajo hace 25 años. Eso está más cerca de lo que nadie ha estado nunca, dice Ghez.

Ghez usó el telescopio Keck en el centro de la cresta de primer plano de Mauna Kea para obtener imágenes del centro galáctico.

OBSERVATORIO GÉMINIS Y DR. WAINCHAR RICARDO.

La gravedad obliga a los objetos en el espacio a moverse en órbitas alrededor de una masa central, al igual que los planetas que orbitan alrededor de nuestro sol, y cuanta más masa se encuentre dentro de un radio determinado, más rápido se moverán los objetos en ese radio alrededor del punto central. Entonces, para determinar el tamaño del objeto en el centro galáctico, lo primero que se hizo fue tratar de observar el movimiento de los objetos que orbitan a su alrededor.

Como joven miembro de la facultad de UCLA en la década de 1990, Ghez propuso usar el telescopio del Observatorio Keck en Mauna Kea, Hawái, para tomar fotografías del centro galáctico mientras se corrige la perturbación atmosférica de la Tierra con una técnica llamada imagen moteada, una forma de tomar múltiples instantáneas de una décima de segundo y apilándolas después para crear una imagen clara. Esas imágenes permitirían a su equipo medir las velocidades de las estrellas con mayor precisión que nunca.

Debido a que no pueden verlo, deben inferir su presencia tomando medidas precisas de la región y usando física básica para calcular su masa.

Su propuesta fue rechazada. El comité de selección de Keck no pensó que Ghez pudiera eliminar los efectos atmosféricos de la Tierra lo suficientemente bien como para ver estrellas, y mucho menos verlas moverse.

Sin desanimarse, Ghez tomó prestado el tiempo del telescopio de uno de sus colegas, una hazaña impresionante teniendo en cuenta que el astrónomo promedio en el sistema de la Universidad de California obtiene solo dos preciosas noches de tiempo de observación cada seis meses, para demostrar que el concepto funcionaría. Lo hizo, su propuesta de tres años fue aceptada en la siguiente ronda de asignaciones de tiempo del telescopio, y su equipo publicó su primer artículo sobre las velocidades de las estrellas centrales de la galaxia en 1998.

Sus medidas les permitieron calcular un volumen de masa central más preciso que nunca, utilizando las leyes de movimiento de Kepler. Era enorme, dice Ghez, porque era un factor de mil al concentrar la masa en un volumen más pequeño.

Ellos postularon en ese momento que un agujero negro era la única explicación razonable para un objeto tan denso, pero las incertidumbres en sus mediciones significaban que necesitaban seguir adelante para estar seguros.

El siguiente paso fue poder medir la aceleración de las órbitas de las estrellas en la región, lo que Ghez y sus compañeros de trabajo hicieron con éxito y publicaron sus resultados en 2000. Eso les permitió cerrar el radio aún más.

En ese momento, también habían aprendido de sus mediciones que las estrellas más cercanas a Sagitario A* podrían tener períodos orbitales tan cortos como una década, y después de cinco años de investigación, eso significaba que en solo cinco años más podrían calcular su volumen. aún más concluyente. Fue una obviedad, dice Ghez. Estaban recibiendo un interés creciente de otros científicos y más financiación. Siguieron mirando.

En ese momento, la tecnología estaba avanzando y pasaron de la imagen moteada a la óptica adaptativa, una técnica más precisa para eliminar la perturbación atmosférica de la Tierra y obtener imágenes más nítidas y estables. Combinar la óptica adaptativa con la espectroscopia les permitió medir la órbita completa de una estrella que habían estado rastreando, llamada S0-2. Esto significó un progreso significativo en la medición de la velocidad de las estrellas en órbita en dos dimensiones al proporcionar la tercera dimensión crítica de su movimiento radial o 3D.

Esto es lo que me encanta de esto, dice Ghez. Es como física de primer año. Ves dos puntos, una línea, [y luego] puedes medir una curva.

Incluso en esas primeras mediciones de velocidades, dice Do, su colega de la UCLA, parecía bastante convincente que había un agujero negro, porque observaron que las estrellas se movían muy rápido en la región. Pero el volumen de espacio en el que sabían que estaba ocurriendo el movimiento aún era amplio, por lo que puedes imaginar un grupo de pequeños agujeros negros, o un grupo de estrellas de neutrones, o algunas otras cosas masivas que no puedes ver bien, explica.

Sin embargo, ahora que han podido medir órbitas, y porque han demostrado que la órbita de la estrella S0-2 pasa, en su máxima aproximación, a unas 100 unidades astronómicas del objeto central (que está muy cerca, Do dice), están satisfechos de haber eliminado todas las posibilidades excepto un agujero negro supermasivo. Es realmente difícil esconder 4 millones de estrellas de neutrones en esta pequeña región del espacio, dice Do; de hecho, es imposible, porque rebotarían entre sí y volarían, y esos efectos serían notables.

Como habían medido los espectros de las estrellas en órbita, también pudieron hacer otro descubrimiento: por primera vez nos permitió averiguar astrofísicamente qué tipo de estrellas había allí, dice Ghez. Aprendieron, por ejemplo, que las estrellas que orbitan más cerca de la masa central eran estrellas jóvenes, lo contrario de lo que sugerían las teorías.

Ghez está tan entusiasmada con las cosas fortuitas que han aprendido en el camino como con la evidencia de un agujero negro supermasivo. Hubo tantas sorpresas, dice ella. Tanto que no esperábamos. Gran parte fue solo un descubrimiento al extraer este conjunto de datos.

Un experimento que están investigando ahora es cómo el objeto en el centro galáctico se mueve a través del espacio-tiempo. Einstein predijo que la órbita de un agujero negro debería tener una precesión, o rotar, y que debería hacerlo en la dirección en la que está orbitando. Sin embargo, el equipo de Ghez ha observado una órbita retrógrada tentativa, exactamente lo contrario de las predicciones de Einstein.

Eso significa que es hora de comprobar su trabajo. Ghez lo compara con dar la vuelta al auto y patear los neumáticos para asegurarse de que todo esté sólido.

Al tratar de juntar 25 años de datos, debe tener todo alineado, dice. Deben preguntar si han tomado algún atajo con sus suposiciones y código de computadora que podría crear la apariencia de algo inesperado.

Nos tiene a todos profundamente comprometidos y rascándonos la cabeza, dice Ghez.

El equilibrio de la ciencia a corto y largo plazo ha sido una parte importante de lo que ha sostenido al grupo durante tanto tiempo, agrega: De hecho, tienes que convencer a muchas personas de que quieren seguir haciendo esto como equipo. Y entonces tiene que haber suficiente para ellos, como múltiples generaciones de estudiantes de posgrado que han ido y venido. Y su escala de tiempo no es de 25 años. Por lo general, son tres años de trabajo sólido.

Uno entre muchos

La mayor de las tres hijas de un profesor de economía y un director de una galería de arte contemporáneo que ayudaron a sus hijos a tener una buena educación y éxito profesional, Ghez siempre supo que obtendría un doctorado, pero no todos a su alrededor estaban convencidos.

Cuando el consejero de orientación de su escuela secundaria le dijo que no debería postularse para el MIT, alegando que no aceptaba niñas, presentó la solicitud de todos modos, alentada por su maestra de química, quien dijo: ¿Qué es lo peor que pueden decir? ¿No?

Ghez escuchó con tanta frecuencia a la gente decir que no tendría éxito que se acostumbró a ignorarlos. En los primeros días tienes la evidencia sólida para decir 'Eso no es sensato', dice ella. Desarrolló confianza en sí misma para resistir las negativas.

Aprendió que la comunidad también marca la diferencia. En el MIT, que tenía un 25% de mujeres en el momento en que asistió, descubrió que para lidiar con ser una entre muchos, tenía que asegurarse de que había partes de su vida en las que no estaba entre los pocos aislados. Eso la motivó a vivir en una fraternidad mixta, Número Seis, y a unirse al equipo de campo traviesa, ambos entornos con una proporción de género equilibrada donde encontró una comunidad sólida.

También prestó atención para asegurarse de trabajar con alguien que la apoyara, tanto en el MIT como cuando comenzó la escuela de posgrado en Caltech.

Se vuelve importante estar en un ambiente donde la gente piensa muy bien de ti y donde su opinión no se ve complicada por sus sentimientos hacia las mujeres.

Una de las cosas más difíciles y las decisiones más importantes que tomamos en la escuela de posgrado es con quién trabajamos, dice ella. Se vuelve importante estar en un ambiente donde la gente piensa muy bien de ti y donde su opinión no se ve complicada por sus sentimientos hacia las mujeres. Elegir un buen asesor que esté dispuesto a apoyarte en algo que te interese es muy importante.

Como asesora ahora misma, enfatiza la importancia de encontrar el lugar adecuado, donde los estudiantes se sientan cómodos y valorados. Al igual que en las citas, dice, si no funciona por cualquier motivo, es importante entender que tienes el poder de cambiar.

¿Quién puede hacer ciencia?

La primera vez que Ghez dio una charla durante el almuerzo en la escuela de posgrado, se estremeció por completo. Su asesor la apartó después y le dijo: Tienes que enseñar. Tienes que ser capaz de subir al escenario.

Impulsada por su creencia fundamental de que cada desafío es una oportunidad, Ghez decidió abordar su miedo a hablar de frente presionando para enseñar física a los estudiantes de primer año, algo que solo los profesores titulares podían hacer en Caltech en ese momento.

La facultad dijo que sí, pero su razonamiento la molestó: dijeron que a las mujeres jóvenes no les estaba yendo tan bien como a los hombres jóvenes, por lo que su participación como la única mujer en el equipo docente podría ser útil.

Curioso, Ghez examinó los datos sobre el rendimiento de los estudiantes femeninos frente a los masculinos y descubrió que no respaldaba su afirmación. Recuerda haber pensado: ¡Eres físico! ¡Esta [diferencia] es estadísticamente insignificante!

Ella dice que la experiencia es lo que la impulsó a involucrarse más profundamente en el tema de las mujeres en la ciencia. Fue una discusión tan ridícula en ese momento, dice ella. A pesar de todas las negativas en su propia educación y carrera, nunca había escuchado a profesores de alto nivel hacer afirmaciones despectivas y sin fundamento sobre el desempeño de las mujeres directamente en mi cara.

Ahora, como oradora prolífica y dinámica, Ghez cree que es importante no solo abrir las puertas a las mujeres, sino también reconocer que es igualmente importante que los hombres aprendan a sentirse cómodos trabajando con y para las mujeres. Ella reconoce además que ahora la conversación sobre equidad es más sobre raza e inclusión.

Nuestra idea sobre quién puede hacer ciencia cambia, dice ella. Ahora, los profesores senior están pensando en los obstáculos y en cómo ayudar a todos los estudiantes a sentirse bienvenidos antes en sus carreras universitarias. Según el nivel de doctorado, dice Ghez, no hay mucho que puedas hacer.

En la cumbre

La forma en que los astrónomos trabajan con telescopios ha cambiado drásticamente en los últimos 25 años.

Al principio, dice Ghez, subías a la cima; No había otra opción. Ella recuerda la emoción de su docena de viajes a la cumbre de 14,000 pies de Mauna Kea, donde no solo estuvo allí con las condiciones atmosféricas, sino que también pudo codearse con astrónomos de todo el mundo que habían venido a tomar datos de la docena de telescopios allí.

La desventaja, por supuesto, fue el desafío de la altitud y la falta de sueño, ya que los astrónomos tenían que permanecer despiertos desde el atardecer hasta el amanecer para tomar sus datos. Solo tienes unas pocas noches, estás tratando de hacer tu mejor trabajo y estás por debajo del nivel óptimo, dice Ghez con una sonrisa. Fue emocionante, dice ella, pero terminarías tus noches queriendo meterte debajo de la mesa.

Ella y su equipo realizaron su último viaje de observación en 1998, después de lo cual comenzaron a observar de forma remota desde la sede en la base de la montaña. En cierto sentido, estaban limitados por no tener acceso directo a las condiciones climáticas ni a otros investigadores fuera de su grupo. Por otro lado, dice, tu cerebro funciona mejor a nivel del mar.

También trabajaron más de cerca en la sede central con el personal que desarrollaba el sistema de óptica adaptativa, desde el hardware óptico hasta los espejos y la tecnología asociada con el propio telescopio, que Ghez encontró realmente útil.

Hace unos 15 años, comenzaron a poder observar desde UCLA, lo que puso aún más distancia entre el observador y el observatorio, pero más personas tuvieron acceso al telescopio. A los estudiantes universitarios les encanta, dice Ghez. Ahora los estudiantes, apenas comienzan, pueden engancharse. Y ella puede involucrar mucho más a su equipo.

Covid-19 acercó aún más el universo a casa. Dice Do, me levanto de la cama y me conecto a este telescopio de 10 metros, y luego él puede observar el centro galáctico desde una computadora portátil. Es un poco salvaje cuando lo piensas, dice.

Göran K. Hansson, secretario general de la Real Academia Sueca de Ciencias, habla durante una conferencia de prensa digital con los premios Nobel Ghez (arriba a la izquierda, física), Emmanuelle Charpentier (arriba a la derecha, química) y Paul Milgrom (economía) el 9 de diciembre. , 2020.

JANERIK HENRIKSSON / TT VÍA AP

Ghez dice que hasta el covid, todavía visitaban el sitio del telescopio todos los años, principalmente para mantener relaciones con los operadores y para comunicarse con las comunidades locales, que han expresado cada vez más los derechos territoriales de los indígenas, bloqueando el comienzo de la construcción del nuevo Treinta metros. Telescope (TMT), el telescopio de luz visible basado en tierra más grande jamás intentado, y que provocó el cierre del Observatorio Keck en algunos casos.

Ghez, quien está agradecida por el tiempo que pasó en Hawái, espera que su estatus de Nobel la ayude a tener una voz en esas conversaciones que se desarrollan. Creo que uno tiene la responsabilidad de asumir algunas cosas que son simplemente complicadas y difíciles, porque tienes la confianza de la comunidad [científica], dice.

Después del Nobel

Si bien ha recibido muchas ofertas para unirse a otras instituciones o asumir funciones administrativas desde que ganó el Premio Nobel, Ghez está más interesada en mantener su rumbo actual.

Me encanta mi ciencia, dice ella. También le encanta trabajar con nuevas tecnologías, como la próxima generación de telescopios; espera ver la nueva ciencia que será posible gracias al salto del diámetro de 10 metros de Keck al diámetro de 30 metros del TMT. Al igual que estudiar el centro galáctico, esos proyectos tardan mucho en llegar a buen término. Ghez recuerda cuando comenzó con el proyecto del Telescopio de Treinta Metros porque estaba embarazada de su primer hijo en ese momento, y él cumplió 20 años este año.

SPENCER LOELL

Ahora quiere seguir dirigiendo su energía a la ciencia del centro galáctico y todas sus preguntas interesantes, a los desafíos científicos y de liderazgo asociados con los grandes telescopios y los problemas sociales y culturales que los acompañan, y a enseñar con conciencia de Justicia social. Me encantaría poder usar el reconocimiento que viene con [el Nobel] para avanzar en esos objetivos, dice ella.

Para Ghez, todavía hay mucho misterio, pero también mucha rutina. Ganar el premio no cambia lo que me despierta por la mañana, lo que hace flotar mi bote sobre la vida, dice ella. Todavía amo la ciencia que estoy haciendo. Todavía amo a mis hijos. Sigue siendo mucho de lo mismo.

Si te fijas en el premio final, dice, que es acertar con la ciencia, te ayuda con los conjuntos de decisiones que tienes que tomar a medida que te encuentras con todo tipo de complejidades. Que es la naturaleza de la ciencia, la naturaleza de la vida, pero también la naturaleza de la ciencia.

Corrección: El pie de foto de una foto expresó erróneamente el telescopio involucrado. Es el telescopio Keck, no el telescopio Gemini.

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