miniaturadeimagen|Miembros del equipo del Proyecto Calán Tololo en 2002. De izquierda a derecha: Mark Phillips, Nicholas Suntzeff (ambos estadounidenses), José Maza y Mario Hamuy (ambos chilenos). El Proyecto Calán Tololo (C&T) fue una investigación astronómica de estudio de supernovas realizada en Chile entre los años 1989 y 1996, desarrollada por el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, ubicado en Cerro Calán, Santiago; y el Observatorio Interamericano Cerro Tololo, ubicado en la Región de Coquimbo, administrado por la Asociación de Universidades para la investigación de la Astronomía, AURA.
El proyecto hizo aportes significativos a la medición de distancias en el Universo, contribuyendo a que en 1998 se descubriera la aceleración de la expansión del Universo. Este hallazgo fue realizado por dos equipos científicos internacionales: The High-Z SN Search Team y el Supernova Cosmology Project. Como consecuencia de este descubrimiento, el 4 de octubre de 2011 recibieron el premio Nobel de Física los astrónomos Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam Riess.
La Real Academia de Ciencias de Suecia (ente que entrega el Premio Nobel), hizo un reconocimiento explícito al proyecto Calán Tololo, en su «scientific background».http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/advanced.html/ The Nobel Prize in Physics 2011 - Scientific Background". Nobelprize.org. 30 Nov 2011
Antecedentes científicos previos
En el año 1970 el astrónomo Allan Sandage escribía: «la cosmología práctica consiste en la "Búsqueda de dos Números", la constante de Hubble (H0) y el parámetro de desaceleración (q0)»http://adsabs.harvard.edu/abs/1970PhT....23b..34S / Sandage, A.R. "Cosmology: a search for two numbers", Physics Today, Vol. 23, No. 2, p. 34 - 41 (1970) La misión del proyecto Calán/Tololo consistía en buscar datos tanto para la determinación de H0, así como datos para develar el valor de q0. Durante su funcionamiento logró aportar la mitad de los datos necesarios para dichos objetivos.
En primer lugar, Freedman et al. (2001) establecieron el valor más aceptado para la constante de Hubble (H0=72 km/s/Mpc).http://adsabs.harvard.edu/abs/2001ApJ...553...47F /Freedman, W. L. et al, "Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant", The Astrophysical Journal, Volume 553, Issue 1, pp. 47-72 (2001) Dicho resultado se basó en tres elementos:
La distancia a la Nube Grande de Magallanes
El diagrama de Hubble de las supernovas tipo Ia
La calibración de las distancias a las galaxias anfitrionas de las supernovas tipo Ia. Freedman et al. utilizaron otros indicadores de distancias en su artículo,http://adsabs.harvard.edu/abs/2001ApJ...553...47F / Freedman, W. L. et al, "Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant", The Astrophysical Journal, Volume 553, Issue 1, pp. 47-72 (2001) pero fueron los datos de las supernovas los que le dieron el peso al resultado. Las otras técnicas eran mucho menos precisas. De este modo, la mitad del trabajo en la determinación de la constante de Hubble provino de los datos del telescopio espacial (la calibración de las distancias a las galaxias anfitrionas) y la otra mitad "provino de 36 supernovas cercanas (26 de C&T y 10 del programa CfA, Riess et al. 1999).
En segundo lugar, en el descubrimiento de la expansión acelerada del Universo por los dos equipos rivales, liderados por Perlmutter y Schmidt, los datos del proyecto C&T sirvieron como base de las mediciones que estos equipos complementaron con sus observaciones.
Historia
Antecedentes En 1929, Edwin Hubble identificó las variables cefeidas en galaxias cercanas, demostrando que el universo se estaba expandiendo.Hubble, E. (1929). "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae". Proceedings of the National Academy of Sciences. Durante las décadas siguientes, la comunidad astronómica se dedicó a medir el parámetro de desaceleración (q₀), que prometía determinar la geometría y el destino del universo. Sin embargo, hasta la década de 1980, esta medición no era factible debido a la ausencia de un indicador de distancia preciso y confiable para objetos distantes.
Inicio del proyecto En 1989, Mario Hamuy —para entonces ayudante de investigación en Cerro Tololo y magíster en Física de la Universidad de Chile— inició una investigación científica con el objetivo de descubrir supernovas australes y estudiar su utilidad como indicadores de distancia.Hamuy, M., et al. (1993). "The 1990 Calán/Tololo Supernova Search". The Astronomical Journal, 106(6), 2392-2407.
El proyecto contó con la colaboración de: Del Observatorio Interamericano del Cerro Tololo (CTIO): Mark Phillips, Nicholas Suntzeff, Robert Schommer y Lisa Wells Del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile: José Maza y Paulina Lira
Tras cuatro años de trabajo, el equipo descubrió 50 supernovas en el rango de corrimiento al rojo z = 0.01 hasta 0.1.
Descubrimiento clave El proyecto logró un resultado fundamental: demostró que las supernovas tipo Ia —basadas en la explosión de enana blancas— no son "patrones lumínicos perfectos" (standard candles), ya que presentan una dispersión intrínseca de aproximadamente 0.3-0.6 magnitudes.
Sin embargo, tras el estudio inicial de Mark Phillips en 1993, Calán/Tololo demostró que la luminosidad máxima de las supernovas Ia está altamente relacionada con la tasa de disminución de la luz desde su máximo. Basándose en la evolución fotométrica de las primeras tres semanas de la explosión, fue posible corregir el diferencial de luminosidad intrínseca y usarlas como indicadores de distancia de alta precisión (σ = 0.15 mag).
Principales logros científicos de C&T
Al momento de iniciarse la investigación Calán/Tololo, no existían las herramientas científicas para medir distancias con la precisión necesaria como para detectar la aceleración del Universo. Esta situación había cambiado dramáticamente hacia 1993-1994, luego que el proyecto había:http://www.astronosotros.cl/2011/10/el-premio-nobel-de-fisica-2011-merecia.html / Carta de Mario Hamuy a la Sociedad Astronómica de Chile, luego de anunció del Nobel de Física 2011
descubierto 29 supernovas de tipo Ia
registrado las curvas de luz más precisas nunca obtenidas hasta la fecha, gracias a la nueva tecnología CCD recientemente adoptada por la astronomía
Demostrado que las supernovas tipo Ia no eran patrones lumínicos perfectos
Demostrado que la calibración de Phillips (1993) era cualitativamente correcta
Demostrado la dependencia de las luminosidades de las supernovas Ia con el tipo morfológico de sus galaxias anfitrionas
Establecido un método para corregir las luminosidades de las supernovas por la extinción por polvo de la galaxia anfitriona, «la Ley Lira»
Obtenido la calibración de las luminosidades de las supernovas tipo Ia
Establecido las herramientas clave para la determinación de distancias con una precisión nunca antes alcanzada.
Legado e impacto científico
El Proyecto Calán/Tololo sentó las bases para uno de los descubrimientos más importantes de la cosmología moderna. La muestra de supernovas tipo Ia de bajo corrimiento al rojo (z < 0.1) obtenida entre 1989 y 1996 se convirtió en el conjunto de datos de referencia para calibrar las observaciones de supernovas distantes realizadas por los equipos High-Z Supernova Search Team y Supernova Cosmology Project.
Gracias a la calibración de luminosidad desarrollada por Calán/Tololo —conocida como la relación de Phillips—, estos equipos pudieron demostrar en 1998 que el universo no solo se expande, sino que lo hace de manera acelerada. Este hallazgo revolucionario llevó a la concesión del Premio Nobel de Física de 2011 a Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam Riess. La Real Academia de Ciencias de Suecia reconoció explícitamente en el scientific background del premio la contribución fundamental del Proyecto Calán/Tololo.Traducción al Español del «scientific background», del Premio Nobel de Física 2011. https://es.wikipedia.org/wiki/Proyecto_Cal%C3%A1n_Tololo
Sin los datos precisos y la metodología de corrección de luminosidad desarrollada por Calán/Tololo, el descubrimiento de la energía oscura y la aceleración de la expansión del universo no habría sido posible con el rigor científico que caracterizó este hito de la cosmología moderna.
El aporte al Premio Nobel de Física 2011
El proyecto Calán Tololo fue reconocido por la Real Academia de Ciencias de Suecia, el día de octubre de 2011 —en su documento Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2011—, debido a su aporte esencial al Descubrimiento de la Aceleración de la Expansión del Universo.
El texto destaca en su página 11: «Paralelamente, curvas de luz de varias supernovas tipo Ia cercanas estaban siendo medidas en el curso del proyecto Calán/Tololo Supernova Survey encabezado por Mario Hamuy, Mark Phillips, Nicholas Suntzeff del Observatorio Inter-Americano Cerro Tololo en Chile y José Maza de la Universidad de Chile. Estos datos resultaron esenciales para demostrar que las supernovas tipo Ia eran útiles como patrones lumínicos. Este avance fue posible utilizando una relación entre la máxima luminosidad y el tiempo de decaimiento, demostrada por Mark Phillips, para recalibrar las supernovas tipo Ia a un perfil estándar.»http://www.das.uchile.cl/~mhamuy/premio_nobel.pdf Traducción al Español del «scientific background», del Premio Nobel de Física 2011
Consecuencias de la observación de las supernovas tipo Ia
El Universo está en aceleración y la expansión continuará por siempre.
La mitad del experimento se hizo en Chile, por astrónomos chilenos y estadounidenses; sin los datos del Calán/Tololo este descubrimiento de la aceleración no habría sido posible.
Existe un tipo de fuerza “repulsiva” en la naturaleza cuyo origen aún permanece desconocido.
El experimento de las supernovas produjo una revolución en la astrofísica contemporánea.
La cantidad de energía asociada a esta fuerza constituye el 70% de toda la energía del Universo y se denomina energía oscura.
Integrantes del Proyecto Calán Tololo (por orden alfabético)
Roberto Antezana: Ayudante de investigación del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile, además es uno de los astrofotógrafos más respetados de Chile. Realizó estudios superiores en la Facultad de Bellas Artes de la U. de Chile (1980). Ingresó al Observatorio Cerro Calán (DAS) el año 1989. Adicionalmente, ha realizado una serie de cursos de capacitación en espectros y núcleos activos en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, de la Universidad de Chile.
Roberto Avilés: Ayudante de investigación astronómica del Proyecto C&T
Luis E. González: Asistente de investigación del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile, actualmente trabaja en la detección de supernovas en el programa Chilean Automatic Supernova sEarch (Chase- Calán). Tiene una amplia experiencia en observación astronómica y manipulación de instrumentos de observación. Relativo a su formación académica él es Técnico Electrónico del Instituto Politécnico de la Universidad de Chile, obtenido el año 1975.
Mario Hamuy: Investigador principal —P.I. por sus siglas en inglés— del Proyecto Calán Tololo, es actualmente profesor titular del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile. Respecto a su formación académica: Con respecto a su formación científica es Doctor en Astrofísica de la Universidad de Arizona (EE. UU.); Magíster y Licenciado en Física de la Universidad de Chile.