JORDI CEPA NOGUÉ, CATEDRÁTICO EN ASTROFÍSICA

“La Astrofísica debería proporcionar un mayor

sentido de la realidad al ser humano”

 

Redacción: Dolores Hernández Díaz. Canarias, 2017.

Desde 1990, el astrofísico Jordi Cepa Nogué ha combinado la docencia, en la Facultad de Ciencias de la Universidad de La Laguna (ULL), con la investigación en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Sus intereses científicos se han centrado en las líneas de investigación de: la Astronomía Extragaláctica,  en la especialidad de Evolución de Galaxias y Cosmología, y en la Instrumentación Astronómica. En los últimos años, sus proyectos de I+D han girado en torno a la evolución de galaxias mediante el uso de cartografiados profundos multirango espectral; interviniendo como investigador principal en OSIRIS, el primer instrumento científico del Gran Telescopio Canarias (GTC), el telescopio óptico-infrarrojo más grande del mundo. Jordi Cepa afirma que: “En el presente siglo, la principal revolución cosmológica estará centrada en la gravedad cuántica y la posible subsiguiente explicación del origen de la Gran Explosión”.

Since 1990, the astrophysicist Jodi Cepa has combined teaching in the Faculty of Sciences of the University of La Laguna (ULL) with investigation at the Institute of Astrophysics of the Canaries (IAC). His interest in science has focused on the lines of investigation of: Extragalactic Astronomy, in the specialism of Evolution of the Galaxies and Cosmos and on Astronomic Instrumentation.

In recent years, his projects of I&D have evolved in the field of the evolution of Galaxies, via the use of deep multi-range spectral mapping, participating as the main investigator in OSIRIS, the first scientific instrument of the Gran Telescopio Canarias (GTC), the largest near-infrared integral field spectrograph. Jordi Cepa affirms that: “In the present century, the main cosmological revolution will be based on quantum gravity and the possible subsequent explanation of the origin of The Big Bang”.

Texto traducido por: London School

 

– ¿Qué funciones académicas ha desempeñado en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y en el Departamento de Astrofísica de la Universidad de La Laguna  (1990-2017)?

“Como profesor de la Universidad de La Laguna, imparto docencia de distintas asignaturas de Grado y Máster en la Facultad de Ciencias y, por los acuerdos que existen entre la Universidad y el IAC, también soy investigador en esta última institución. Mi labor de investigación se desarrolla fundamentalmente en el IAC, como investigador principal de varios proyectos de investigación, y abarca también la dirección de tesis doctorales y la instrumentación astrofísica”.

– Sus intereses científicos se han centrado en las líneas de investigación de la Astronomía Extragaláctica,  en la especialidad de Evolución de Galaxias y Cosmología, y en la Instrumentación Astronómica. ¿A qué conclusión le han llevado los distintos trabajos efectuados?

“Lo primero que debo señalar es que, como la mayoría de los investigadores, no trabajo solo, sino en un grupo de investigación. En mi caso, como investigador principal, dirigiendo a un equipo de personas algunas de las cuales son de plantilla, otras contratadas y otras estudiantes. Es difícil resumir en pocas palabras una labor de más de tres décadas, pero diría que la conclusión más general y personal es que el ser humano no conoce casi nada de sí mismo, ni del universo, o del entorno donde vive. Sin embargo, nos creemos que sabemos todo lo necesario, y actuamos como si fuéramos importantes en el universo, y como si la Tierra fuera de nuestra propiedad. Como todas las especies, estamos de paso. La Astrofísica, lo mismo que el estudio de la evolución de las especies, debería proporcionar un mayor sentido de la realidad al ser humano, y de que formamos parte de un todo”.

– En los últimos años, sus proyectos de I+D han girado en torno a la evolución de galaxias mediante el uso de cartografiados profundos multirango espectral. Usted lidera, como investigador principal, los cartografiados OTELO y Lockman SpReSO, que utilizan OSIRIS en el Gran Telescopio Canarias (GTC). ¿Qué singularidades tienen estos cartografiados?

“OTELO es el cartografiado de galaxias en líneas de emisión más profundo que existe en la actualidad, basado en imágenes obtenidas con los filtros sintonizables del instrumento OSIRIS. Hemos detectado más de 11.000 galaxias, incluyendo algunas de ellas nacidas en la infancia del universo. Este conjunto permitirá estudiar de una forma inédita la evolución de las galaxias.

Lockman SpReSO, en cambio, es un estudio espectroscópico, también utilizando OSIRIS, de unas 1.200 galaxias, algunas de ellas forzando al límite la capacidad del telescopio. Mientras que otros cartografiados son profundos, pero de reducido campo, o bien de gran campo pero de objetos más brillantes, Lockman SpReSO combina profundidad y área del cielo de forma única y competitiva, en una zona del hemisferio norte celeste poco estudiada espectroscópicamente.

Como investigador principal, mi función principal ha sido coordinar a los miembros que forman el proyecto, tanto de plantilla, como contratados y estudiantes de doctorado, para conseguir los objetivos científicos o tecnológicos del proyecto. No se trata solamente de gestionar bajo un punto administrativo o de coordinación de tareas. Un investigador principal es un científico experimentado que establece prioridades científicas y toma decisiones bajo criterios científicos. Es un poco como un doctor House que establece un diagnóstico tras escuchar las opiniones de los miembros del proyecto”.

– OSIRIS es el primer instrumento científico del GTC, el telescopio óptico-infrarrojo más grande del mundo. ¿Cuál es el principal rasgo distintivo de OSIRIS con respecto a otros espectrógrafos ópticos? ¿Qué datos ha proporcionado acerca de la evolución de las galaxias lejanas?

“El principal rasgo distintivo es el uso de filtros sintonizables. Estos permiten seleccionar una ventana espectral muy reducida sin necesidad de adquirir un gran número de filtros convencionales. Por ejemplo, los dos filtros sintonizables de OSIRIS equivalen a unos 1.000 filtros convencionales. Pero, además, permiten cambiar la ventana espectral de observación en décimas de milisegundo, por lo que tienen una gran versatilidad añadida para distintas aplicaciones.

Gracias a estas características, OSIRIS ha permitido obtener las imágenes más profundas que existen de objetos muy alejados. Esa es la única manera de poder estudiar la evolución de las galaxias: mediante muestras estadísticamente significativas y profundas obtenidas en grandes cartografiados del cielo como OTELO, Lockman SpReSO o PEP”.

– Para usted, ¿qué ha representado ser el investigador principal de un instrumento de Día Uno para el telescopio más grande del mundo?

“Ser el investigador principal de un instrumento de Día Uno para el telescopio más grande del mundo ha representado un triple reto. Por un lado, el coste y la complejidad de los instrumentos crece mucho con el tamaño del telescopio. Por tanto, ha sido un proyecto singularmente difícil bajo el punto de vista organizativo y tecnológico. Por otro lado, con la dificultad añadida de un cumplimiento de plazos estricto, dado que un instrumento de Día Uno implica que no existe otro instrumento en el telescopio, y que un retraso implica retrasar la operación científica, lo que afecta a toda una comunidad de astrónomos. Finalmente, adquirir una experiencia en la gestión de recursos humanos y tecnológicos de la que en general carecen los astrónomos, y que me ha sido muy útil en la gestión científica como investigador principal”.

– En 2011-2012, Cepa Nogué intervino en el cartografiado PEP en el infrarrojo lejano, mediante el instrumento PACS del observatorio espacial Herschel de la ESA (Agencia Espacial Europea). Desde el punto de vista científico, ¿qué repercusiones tiene la participación del IAC en entidades como la ESA? 

“La Astrofísica se nutre de observaciones. Para efectuar estas observaciones son necesarios observatorios de distintos tipos. La atmósfera terrestre limita las observaciones a ventanas espectrales ópticas y radio centimétricas, dificulta las observaciones en el infrarrojo cercano, las limita mucho en el infrarrojo medio y las impide en el infrarrojo lejano y el ultravioleta, solo por citar algunos rangos espectrales de interés. Los observatorios espaciales permiten observar en zonas del espectro que no son accesibles desde la Tierra. Estas observaciones proporcionan información adicional crucial para estudiar exoplanetas, galaxias lejanas, atmósferas planetarias, etc. Por eso la participación científica en misiones espaciales es fundamental. Pero también contribuyen a adquirir experiencia en ingeniería en el IAC, y al desarrollo del tejido tecnológico debido a la participación industrial de empresas españolas en estas misiones”.

– Además de sus publicaciones en revistas internacionales (Astronomy and Astrophysics, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, The Astrophysical Journal…), hay que mencionar su libro de texto “Cosmología Física”. ¿Se trata de un manual de referencia en la bibliografía especializada de esta rama de la Astronomía?

“Está concebido como un libro de texto para la enseñanza de la Cosmología a nivel universitario y de Máster. Con la intención de servir de referencia también a profesionales”.

– En el capítulo primero, usted advierte que para que se pueda hablar de Cosmología como ciencia, es preciso disponer de un marco teórico que permita explicar cuantitativamente los hechos observables. ¿De qué marco teórico de referencia se dispone en la actualidad?

“El marco teórico es la Relatividad General. Creo que no es exagerado decir que la Relatividad General marcó el inicio de la Cosmología como ciencia. Antes de 1915-1917 la cosmología era más bien especulación. No existe en la actualidad una teoría alternativa a la Relatividad General que haya sido tan contrastada como lo ha sido ésta. Por supuesto, ninguna teoría es definitiva, todas proporcionan una parte de la verdad durante un tiempo, para ser superadas por otras teorías más completas. Sin embargo, parece para obtener una teoría mejor, será necesario esperar a tener una Teoría del Todo que unifique la Relatividad General con la Física cuántica”.

– También, explica la evolución del universo a través de las teorías de Einstein, y los trabajos de Fridman, Hubble, De Sitter, entre otros.  ¿Qué aportaron estos científicos a la Astronomía y, en particular, a la Cosmología?

“Sin los trabajos de Einstein no existiría un marco teórico para la Cosmología, aunque Einstein no dio excesiva importancia a las aplicaciones cosmológicas de la Relatividad General. Fueron más bien otros científicos como Fridman, De Sitter, Lemaître, etc. quienes desarrollaron la cosmología relativista. Hubble proporcionó la evidencia observacional sobre la expansión del universo, aunque sus observaciones fueron mal interpretadas. Sin embargo, es preciso tener en cuenta que hasta finales de los años cincuenta del pasado siglo, el modelo preferido no era el de la Gran Explosión (Big Bang) sino el de un universo que había existido desde siempre y que sería eterno. El mismo Hubble no se creía que el desplazamiento al rojo fuera debido a la expansión del universo, sino que lo atribuía a otras causas. El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo por parte de Penzias y Wilson, predicha por Gamov y sus colaboradores Alpher y Herman, que fueron también pioneros en intentar explicar la formación de los elementos más ligeros en base a la Gran Explosión, representó el fin de esa imagen. Hoy en día, todos hemos crecido oyendo hablar del Big Bang, y ahora nos resulta increíble que hace poco más de cincuenta años se creyera que el universo no había tenido un principio en el tiempo. Fue un cambio de paradigma científico notable”.

– Para los astrofísicos, el Modelo Estándar, también denominado de la Gran Explosión, es el que mejor representa a nuestro universo. ¿En qué hipótesis se basan?  

“Se basa en la aplicación de la Relatividad General a un universo que verifica el Principio Cosmológico: la distribución de materia y energía es homogénea e isótropa en cada instante de tiempo. Obviamente eso solo es cierto a partir de una escala determinada, porque a nuestro alrededor vemos que la materia se concentra en galaxias y cúmulos de galaxias, pero en promedio se puede considerar que la distribución es homogénea. El Principio Cosmológico no es, sin embargo, propiamente resultado de las observaciones, sino una conjetura razonable, basada en la no existencia de un observador privilegiado, y respaldada por las observaciones existentes”.

–  No obstante, se pueden obtener modelos cosmológicos alternativos mediante una o más de tres alteraciones posibles al modelo estándar. ¿En qué consisten estas alteraciones?

“Una de ellas sería una teoría alternativa a la Relatividad General, por ejemplo las teorías llamadas f (R), de las que la Relatividad General es un caso particular, valga la contradicción de los términos. Sin embargo estas teorías tienen problemas teóricos, o bien no permiten explicar las observaciones existentes tan bien como la Relatividad General.

Otra variación sería suponer que el Principio Cosmológico no es cierto. Por ejemplo, la teoría del Estado Estacionario, favorita hasta los años 60 del pasado siglo, se basaba en el llamado Principio Cosmológico Perfecto: el universo es homogéneo e isótropo en el espacio y también en el tiempo. Dicho de otro modo: la densidad media de materia y energía no varía con el tiempo a pesar de que haya expansión, lo que se consigue creando materia en pequeñas cantidades para compensar la expansión del universo.

Finalmente, podríamos proponer la existencia de componentes superexóticos en el universo, como la llamada energía fantasma, que viola el principio de conservación de la energía”.

“La transición cuark-hadrón marca el paso de una materia de propiedades completamente distintas a la que conocemos, que retomando a Gamov podríamos llamar el Ylem, a las partículas que forman la materia que nos es más familiar, protones, neutrones, etc.

Por otro lado, solamente cuando los fotones se desacoplan de la materia bariónica generando la radiación cósmica de fondo, es cuando las estructuras de materia bariónica (estrellas, galaxias, etc) pueden empezar a formarse en el universo, conducidas por la materia oscura.

Por eso considero que ambos fenómenos generan dos cesuras que, sin ser las únicas que existen, se cuentan entre las más significativas en el universo”.

“A mí me apasiona más el universo primordial. Es aquel del que sabemos menos, pero en el que se esperan fenómenos más extraños, en el límite de nuestros conocimientos, que previsiblemente conducirán a avances como el de la Gravedad Cuántica. Por citar algunos, la pérdida de unificación de las distintas interacciones, la posible existencia de una fase inflacionaria, la generación de un exceso de materia sobre la antimateria sin el que el universo estaría compuesto solamente de fotones, representan eventos cruciales, aunque sea simplemente porque en muchos casos no existiríamos”.

– El proceso que distingue al universo contemporáneo, en el que se produce la transición de la era de materia a la de energía oscura, es la formación de estructuras de materia a distintas escalas.  ¿Qué sucesos caracterizan las épocas estelar, galáctica, cumular y súpercumular del universo contemporáneo?

“La formación de estructuras en el universo viene condicionada por la materia oscura, porque es mucho más abundante que la materia bariónica que forma nuestros cuerpos y las estructuras que vemos en el cielo. El modelo actual de formación de estructuras en el universo se basa en que la materia oscura es mayoritariamente del tipo llamado “frío”. En dicho modelo, las estructuras se forman en un proceso de abajo-arriba. Es decir: primero las estructuras menores y luego las mayores, hasta llegar a los supercúmulos de galaxias, que todavía se están formando en la actualidad. Es la formación predominante de cada una de estas estructuras materiales la que marca las distintas épocas, desde las primeras estrellas hasta el universo tal y como lo vemos en la actualidad”.

– Usted ha estudiado la relación entre la geometría diferencial y la relatividad general. ¿Cuáles son las bases matemáticas de la relatividad general?

“Brevemente podríamos decir que en Relatividad General, Física = Geometría. Existe siempre una interpretación geométrica de cualquier fenómeno físico de escala cosmológica. Un ejemplo muy conocido es que la materia curva el espacio-tiempo, causando que el camino más corto entre dos puntos ya no sea una línea recta. De manera un poco más formal podemos decir que la distribución de energía en el espacio-tiempo determina su geometría. Por tanto afecta a la manera como medimos distancias y ángulos”.

– Para el astrofísico Jordi Cepa, ¿cuál es la principal Revolución cosmológica de nuestra época?

“Diría que en el siglo pasado fue el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo en los años 60, que representó la aceptación casi universal del paradigma del modelo de la Gran Explosión. Sin embargo, en el presente siglo la principal revolución cosmológica aún está por llegar, aunque creo que no tardará mucho y estará centrada en la gravedad cuántica y la posible subsiguiente explicación del origen de la Gran Explosión, el valor de la constante cosmológica (o su equivalente si esa constante no es tal) y la existencia de la inflación o bien una explicación alternativa a la misma”.

 Número de Asiento Registral: 00/ 2021/ 4682.
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