domingo, 1 de noviembre de 2015

Beatrice Tinsley, la astrónoma de las galaxias

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Beatrice Tinsley
The Astrophysical Journal publicó en su edición centenaria de 1999, una colección de 53 documentos fundamentales del siglo XX. La tesis de Beatrice Tinsley sobre la evolución de las estrellas y el gas en las galaxias, fue uno de ellos. Esto es, sin lugar a dudas, excepcional puesto que son contados los científicos que resuelven un problema fundamental como parte de su tesis. De hecho, el resto de su vida lo dedicó, en su mayoría a la mejora de la solución y al análisis de sus implicaciones en otras áreas de la astronomía y de la cosmología.
Beatrice Muriel Hill nació en 1941 en Chester, Inglaterra y fue la segunda de las tres hijas de una familia con raíces galesas. De sus padres Edward E O Hill y Jean Morton, heredó la pasión por la música y la literatura, llegando a convertirse ella misma en una selecta violinista. A los cinco años, su padre aceptó el primero de una serie de cargos en la Iglesia Anglicana de Nueva Zelanda que culminaron con la vicaría de New Phymouth, en la costa oeste de North Island. Con el tiempo pasó al mundo laico como alcalde de la ciudad y poco a poco se debilitaron sus lazos con la iglesia.
Como era costumbre por aquel entonces, asistió a una escuela para mujeres en la que se evidenció muy pronto su brillantez intelectual. Siendo la mejor de la clase con diferencia, a medio curso se la promocionó a un nivel superior desde el que pudo sacar mayor provecho de su elevada capacidad de aprendizaje. A los 14 ya había decidido convertirse en astrofísica y pidió prestados varios libros de física a sus profesoras. Se graduó dos años más tarde con excelentes resultados. Era una jovencita divertida y soñadora que ocupaba su tiempo en muchas otras cosas aparte de los estudios. Beetle, que era como la llamaban sus allegados, sentía una gran afición por el baile, la música, la equitación y la literatura. A los 17 se prometió con un muchcacho pero la relación no llegó a buen puerto y al año siguiente rompieron el compromiso.
Entró en la Universidad de Canterbury en 1958 y en agosto del mismo año falleció su madre. Fue un duro golpe para Beatrice que siempre estuvo muy apegada a Jean, cuya influencia persistió hasta su propia muerte. En 1961 obtuvo su bachiller en ciencias (BSc) y contrajo matrimonio con Brian Tinsley, quien completó un doctorado en ciencia atmosférica en la misma universidad. Dos años después completó su máster en ciencias (MSc) que versaba sobre “la teoría del campo cristalino del nitrato de magnesio-neodimio”. Aunque la tesis del máster estuviese centrada en el estudio de la física de la materia condensada, Beatrice ya estaba interesada en la cosmología, la estructura a gran escala y la evolución del universo.
Al obtener el máster, la pareja se mudó a Dallas, dónde habían ofrecido a Brian un puesto fijo en el Centro de Estudios Avanzados que, con el tiempo, se convirtiría en parte de la Universidad de Texas. En un principio Beatrice ejerció de profesora de Física en un instituto de secundaria pero pronto consiguió una pequeña beca para investigar en el centro en el que estaba su marido. El problema es que allí no se ofrecía ningún programa de doctorado en Astronomía y tuvo que inscribirse en el que se había creado, recientemente, en la a UT de Austin teniendo que recorrer 200 millas semanales. Su carrera de posgrado en Austin es una leyenda del departamento puesto que la llevó a cabo en tiempo récord y la tesis de doctorado que surgió, como hemos comentado al inicio, se considera una obra de referencia en su campo.
El tema inicial de la tesis era la determinación de la geometría del universo y su posible expansión a partir de la comparación entre las observaciones de galaxias y las predicciones de los distintos modelos cosmológicos. Hasta estonces se asumía que todas las posibles diferencias entre galxias se debían únicamente a efectos cosmológicos pero Beatrice se dio cuenta muy pronto de que había un inconveniente en dicho planteamiento. Nadie había tenido en cuenta la evolución de las galaxias, qué pasaba a lo largo del tiempo con el conjunto de billones de estrellas que las forman. Sin ese estudio previo, los efectos evolutivos de las galaxias enmascararían los efectos cosmológicos invalidando toda comparación.
El problema es que analizar los cambios de cada una de las 1011 estrellas de una galaxia durante miles de millones de años era imposible. Se requería una idea revolucionaria para simplificar el cálculo y Beatrice la tuvo. Dividió la vida continua de una galaxia en el tiempo en 10 ó 20 generaciones permitiendo que las estrellas se formasen sólo al comienzo de estos intervalos temporales. A continuación agrupó las estrellas de cada generación en clases, de forma que todos los miembros de una clase determinada tuviesen aproximadamente la misma masa. Esto resultó ser un paso clave, ya que las estrellas de una masa parecida siguen una secuencia evolutiva equivalente y tienen colores, brillos y procesos internos similares.
Las estrellas que producen la mayor parte de los elementos pesados son muy masivas, por lo que tienen vidas muy cortas. Antes de que se forme la siguiente generación estelar, las de mayor masa habrán explotado como supernovas expulsando todos los elementos al medio interestelar, mientras que las pequeñas seguirán formando parte de la galaxia y contribuyendo a su brillo. Debido a esto, las estrellas de la siguiente generación se formarán en nubes de gas más enriquecidas en metales que las de las generaciones anteriores, y así sucesivamente.


El reemplazo del tiempo continuo en pasos de tiempo y clases de masa era una aproximación que venía acompañada de otras simplificaciones: reciclaje instantáneo (es decir, todos los elementos pesados se mezclan rápidamente), función inicial de masa constante (la proporción de estrellas en cada clase de masa es la misma en cada generación), nulo intercambio con el medio fuera de las galaxias y homogeneidad del medio interestelar. Por lo tanto, un modelo de galaxia podía describirse por cuatro números: su masa total, la fracción de gas convertido en las estrellas en cada generación, la mezcla de masas formada y la edad de la galaxia. A pesar de que pueda parecer un modelo muy simplificado para un objeto de tanta complejidad, todas las aproximaciones se acercan mucho a lo que sucede realmente. El primer éxito fue poder reproducir galaxias parecidas a la nuestra tras una evolución de unos 12.000 millones de años.
Decidida a comprobar su eficacia, Beatrice calculó las bandas teóricas de colores de las galaxias actuales y las comparó con la progresión de colores observada a lo largo de la secuencia de Hubble. Descubrió que con la distribución por edad de las estrellas podía explicar aproximadamente las secuencias de colores observadas, las fracciones de gas y los cocientes de masa/luz estelares de las galaxias con un conjunto de modelos con valores fijos de la máxima edad estelar, la composición y la IMF (Initial Mass Function).
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Secuencia de Hubble
Los resultados de Tinsley demostraron que los efectos evolutivos eran mucho mayores que lo que se había estimado anteriormente y, en consecuencia, debían estudiarse y entenderse mejor antes de que las galaxias pudiesen ser utilizadas para medir la historia de la geometría y la expansión del universo. La tesis se publicó en 1967 y fue uno de los mayores avances astronómicos de la época. Ahora bien, tal y como era de esperar para un trabajo tan revolucionario, la reacción de la comunidad científica fue contradictoria. Mientras que algunos colegas reconocieron la excelencia del estudio, otros se mantuvieron excépticos a la espera de una confirmación por parte de científicos más experimentados. Cuando esta se produjo, su reputación creció a nivel internacional. En los años siguientes publicó unos 20 artículos que por un lado ampliaron y consolidaron los resultados de su tesis y, por otro, presentaron nuevas investigaciones. Algunos de estos documentos fueron elaborados sólo por ella pero muchos otros fueron escritos por colaboradores a distancia, de la talla de Jean Audouze, Peter Biermann, Al Cameron, Richard Gott, Jim Gunn, Jerry Ostriker, William Rose y David Schramm. También fue invitada a participar en grandes conferencias y a trabajar como profesora visitante, durante semanas o meses, en otras instituciones como el Instituto de Tecnología de California, el Lick Observatory o la Universidad de Maryland.
Por desgracia, el reconocimiento de la comunidad científica contrarrestaba con su complicada situación familiar y laboral. El cuidado de sus dos hijos adoptados, Alan (1966) y Teresa (1968), recaía principalmente sobre ella puesto que Brian debía ausentarse a menudo. Seguía tocando el violín en la Richardson Orchesta, no encontraba un empleo adecuado en ninguna parte del campus de la Universidad de Texas y tenía que hacer malabarismos para mantener el programa de investigación sin suficientes recursos económicos. El conflicto entre familia y ciencia puso en peligro el matrimonio que Beatrice trató de salvar ofreciéndose para poner en marcha un departamento de Astronomía en Dallas. Desafortunadamente, los responsables, temiendo que al final acabase yéndose, no mostraron interés. A raíz de esto, la situación entre la pareja se hizo más tensa hasta que Beatrice pidió el divorcio en 1974.
La ruptura matrimonial supuso un punto de inflexión en su carrera. Abandonó Dallas para probar suerte en otro lugar. Su primer destino fue el observatorio de Lick que era parte de la Universidad de California y el segundo y definitivo fue la Universidad de Yale donde pudo colaborar con el científico y chelista Richard B. Larson, con quien ya había trabajado con anterioridad. Unidos por la astronomía y la música, ambos establecieron una fuerte y duradera relación personal. Brian Tinsley, por su parte, volvió a casarse y durante algunos años, junto a su esposa, tuvieron la custodia de los dos niños.
En marzo de 1975 Beatrice fue galardonada con la beca de investigación Alfred P. Sloan, lo que le proporcionó recursos suficientes para seguir adelante con su trabajo y poder viajar a Princenton, Caltech, Berkley o Santa Cruz. Su productividad se disparó publicando sesenta documentos en siete años con estudiantes de postgrado, investigadores postdoctorales y colegas científicos de diferentes lugares. La amplia gamma de problemas que trató en estos artículos abarca al completo la teoría moderna de la evolución galáctica. El conocido libro que escribió con Larson acerca de la formación estelar en galaxias interactuantes y peculiares sirvió para cuantificar las propiedades de lo que se conoce como galaxias starburst, galaxias cuya tasa de nacimiento de estrellas es muy superior a la de una galaxia normal. También continuó con el estudio de los diversos modelos cosmológicos siendo uno de los pocos científicos defensores de la existencia y relevancia de una constante cosmológica.
Las Galaxias Antennae son un ejemplo de una gran galaxia starburst.
Las Galaxias Antennae son un ejemplo de una gran galaxia starburst.
Todo parecía sonreir a la eminente astrónoma que no podía sospechar el duró revés que estaba a punto de sufrir. A finales de febrero de 1978 le descubrieron un bulto en una pierna que resultó ser una cepa virulenta de melanoma con escasas posibilidades de supervivencia. Fue un duro golpe recibir la noticia pero no se rindió. Beatrice decidió hacer frente a la situación, luchar contra la enfermedad y aprovechar al máximo el tiempo que le quedase de vida. En agosto del mismo año fue ascendida a catedrática convirtiéndose en la primera Profesora de astronomía en la Universidad de Yale y en la Directora de Estudios de Postgrado. Ocupaciones que le permitieron relacionarse con los científicos más jóvenes y estar al día de las nuevas oportunidades de investigación. Como resultado, en los tres años siguientes, publicó algunos de sus mejores artículos, entre ellos, la revisión “Evolución de las Estrellas y Gas en las Galaxias” sobre teoría de la evolución galáctica y química que es, con diferencia, su artículo más citado. También trató de analizar el papel que jugaba la materia oscura en algunas de las tendencias evolutivas a lo largo de la secuencia de Hubble. Su último libro, sobre modelización analítica de la evolución química, se presentó para su publicación unos días antes de que muriera.
Beatrice era audaz, ambiciosa y exigente, tanto con los demás como consigo misma. En ocasiones, se mostraba tajante con aquellas personas con más galones de los que merecían mientras que siempre mantenía un trato cordial con los colegas más vulnerables. La amistad era tan importane para ella que postrada en la cama y parcialmente paralizada, seguía recibiendo visitas personales y colaborando en proyectos científicos. Tantas eran sus ganas de tirar hacia delante que, cuando perdió el uso de la mano derecha aprendió a escribir con la izquierda para poder proseguir la correspondencia hasta sus últimos días.
Desde que le fue diagnosticada la enfermedad, se sometió a diversos tratamientos con el fin de vencerla. Por aquel entonces su hija Teresa se había trasladado a vivir con ella y uno de sus sueños era ver como la jovencita llegaba a la universidad. Pero el melanoma era recurrente y ni las intevenciones quirúrgicas ni la posterior radioterapia pudieron eliminarlo. Beatrice murió el 23 de marzo de 1981.
En el servicio conmemorativo que tuvo lugar en la Capilla de la Universidad de Yale, se leyó el poema que había escrito poco antes de morir:
Let me be like Bach, creating fugues,
Till suddenly the pen will move no more.
Let all my themes within – of ancient light,
Of origins and change and human worth–
Let all their melodies still intertwine,
Evolve and merge with ever growing unity,
Ever without fading,
Ever without a final chord…
Till suddenly my mind can hear no more.

[Déjame ser como Bach, creando fugas,
hasta que de repente el lápiz ya no se mueva mas.
Deja que estén todos mis temas dentro –de luz antigua
de orígenes y cambios de la valía humana–
deja que todas las melodías se entrelacen todavía,
evolucionen y se mezclen en una unidad siempre creciente,
sin desvanecerse nunca,
sin una nota final nunca…
Hasta que de repente mi mente ya no pueda oir más.]

Referencias

Sobre el artículo original

El artículo Beatrice Tinsley, la astrónoma de las galaxias se publicó en el blog Cuaderno de Cultura Científica el 23 de enero de 2015.

Sobre la autora

Laura Morrón es licenciada en Física. Como apasionada de la divulgación científica, escribe en su blog personal Los Mundos de Brana y colabora en NaukasPa ciència, la nostraDesgranando CienciaDesayuno con fotones.
FUENTE

Beatrice Tinsley, la astrónoma de las galaxias

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