Christopher Hirata: Instrumentos de precisión del cosmos

En 1996, un joven de trece años se presentó a la Olimpiada Internacional de Física, un evento diseñado para identificar a los físicos preuniversitarios más destacados del planeta, la mayoría de diecisiete o dieciocho años, y ganó una medalla de oro. Christopher Hirata hizo entonces lo más difícil, aquello en lo que los prodigios suelen fallar: convertirse en un científico cuya labor en cosmología es reconocida por sus propios méritos, sin referencia a lo joven que fue alguna vez.

Trece años

Hirata nació el 30 de noviembre de 1982 y es estadounidense de origen japonés. Fue identificado pronto como un niño prodigio de la física, y el oro en la Olimpiada de 1996 es la prueba irrefutable de ello. La competición no es un cuestionario; implica problemas teóricos y tareas experimentales de varias horas que requieren dominio de la mecánica, el electromagnetismo, la termodinámica y la teoría cuántica. Que un joven de trece años participe ya es inusual. Que obtenga el oro es un dato de una categoría distinta.

Caltech a los dieciocho, Princeton a los veintitrés

Obtuvo su licenciatura en física en Caltech en 2001, a los dieciocho años, con un promedio de calificaciones de 4.2.

Luego fue a Princeton para realizar un doctorado en astrofísica, completado en 2005 bajo la dirección de Uroš Seljak, con una tesis titulada Weak Gravitational Lensing Theory and Data Analysis. Tenía veintitrés años. El tema definiría los siguientes veinte años de su trabajo.

La lente gravitacional débil es una de las mediciones más delicadas de la ciencia observacional. La masa curva la luz, por lo que las imágenes de galaxias distantes están ligeramente distorsionadas por todo lo que la luz atravesó en su camino hasta aquí, incluida la materia oscura, que no se manifiesta de ninguna otra forma. Las distorsiones son mínimas, ocultas bajo el desenfoque atmosférico, las imperfecciones del telescopio y el hecho de que las galaxias no son redondas de por sí. Extraer la señal cosmológica no es tanto como tomar una fotografía, sino más bien reconstruir una huella dactilar a partir de una mancha, y requiere precisamente el perfil híbrido por el que Hirata se dio a conocer: teoría, estadística y análisis de datos a nivel instrumental en una misma cabeza.

Qué significa la cosmología de precisión

Hirata ha sido descrito como un exponente destacado de la cosmología de precisión, y la frase merece tomarse literalmente. Durante la mayor parte de su historia, la cosmología fue una ciencia de argumentos de orden de magnitud. En las últimas tres décadas se ha convertido en una ciencia de decimales, en la que la composición y la historia de la expansión del universo se determinan con un margen de pocos puntos porcentuales, y las cuestiones interesantes residen en las discrepancias.

Su investigación abarca la maquinaria de dicho proyecto: el fondo cósmico de microondas, la energía oscura y la aceleración del universo, los cúmulos de galaxias, el crecimiento de estructuras a gran escala, la época de la reionización cuando las primeras estrellas iluminaron la niebla neutra del universo temprano, y las aplicaciones de las lentes gravitacionales en todo ello. Un hilo conductor recurrente es la cuestión de si la aceleración cósmica realmente indica un componente de energía oscura, o si la propia relatividad general necesita ser modificada a gran escala: la pregunta abierta más profunda en el campo, y que solo puede responderse mediante mediciones lo suficientemente precisas como para distinguir ambas opciones.

El efecto que nadie había notado

En 2010, trabajando con Dmitriy Tseliakhovich, Hirata identificó un efecto de perturbación cosmológica previamente desconocido: un cambio en la velocidad de la materia bariónica alrededor de la época de la recombinación, lo que a su vez afectó a la formación de la estructura temprana.

La importancia no es obvia por la descripción, por lo que merece explicarse claramente. La recombinación, cuando el universo se enfrió lo suficiente como para que protones y electrones formaran átomos neutros, es el momento modelado más intensamente en cosmología, el evento que produjo el fondo de microondas y la base de casi todos los cálculos sobre el universo temprano. Había sido analizado durante décadas por muchos de los mejores especialistas del campo. Hirata y Tseliakhovich encontraron en él un efecto real que todos los demás habían pasado por alto, y resultó importante para la forma en que crecieron las primeras estructuras. Encontrar algo nuevo en un territorio tan minuciosamente estudiado es un tipo específico de logro: significa detectar una suposición que otras personas habían dejado de notar que estaban haciendo.

Puestos y el telescopio Roman

Fue académico visitante en el Instituto de Estudios Avanzados de 2005 a 2007, se incorporó a Caltech como profesor adjunto en 2006 y ascendió a profesor titular en 2012, y en 2013 se trasladó al Centro de Cosmología y Física Astroparticular de la Universidad Estatal de Ohio, donde permanece. Forma parte del equipo científico del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, un observatorio de gran campo diseñado precisamente para el tipo de cosmología de estudio en la que se especializa.

Los honores siguen a la obra. Recibió el Premio Presidencial de Carrera Temprana para Científicos e Ingenieros en 2012, fue nombrado Investigador de la Fundación Simons en 2013, ganó el Premio Helen B. Warner en 2014, y en 2018 obtuvo el Premio Nuevos Horizontes en Física, parte del Premio Breakthrough en Física Fundamental, por "contribuciones fundamentales a la comprensión de la formación de las primeras galaxias en el universo y por perfeccionar y aplicar las herramientas más poderosas de la cosmología de precisión".

Por qué a Christopher se le llama genio

Hirata pertenece a la pequeña categoría de personas a las que se aplica el término por su intelecto y que sobreviven a la prueba de una carrera profesional. Las credenciales de prodigio son inequívocas: un oro en la Olimpiada a los trece años, un título de física en Caltech a los dieciocho con un promedio de 4.2, un doctorado en Princeton a los veintitrés. La precocidad de este tipo es real pero lo suficientemente común como para ser poco fiable como predictor; la mayoría de los adolescentes extraordinarios se convierten en adultos ordinarios, y la pregunta interesante es siempre qué ocurrió después.

Lo que ocurrió después es el caso real. La cualidad cognitiva específica involucrada es un rango inusual: Hirata opera simultáneamente como teórico, estadístico y analista de datos, en un campo donde generalmente se trata de tres personas diferentes. La cosmología de precisión no está limitada por las ideas, sino por la capacidad de mantener toda una cadena (modelo físico, sistemática instrumental, estimador estadístico, diseño de estudio) en la mente a la vez y encontrar dónde hay fisuras. El resultado de 2010 con Tseliakhovich es esa facultad en acción: un efecto genuinamente nuevo localizado dentro de la época más estudiada de la disciplina.

El contraargumento honesto: las citas de los premios lo describen como alguien que perfecciona y aplica herramientas en lugar de ser fundador de un campo, y eso es exacto. No ha derribado un paradigma ni producido un resultado con su nombre asociado de la forma en que lo han hecho Borcherds o Penrose. Su trabajo es colaborativo, incremental en el sentido en que toda la cosmología observacional moderna es incremental, y su valor se realiza a través de grandes empresas en equipo como el telescopio Roman en lugar de a través de descubrimientos solitarios. Nadie citado en el registro público lo llama genio; lo que le llaman es un exponente destacado de la cosmología de precisión. Esa es una palabra más pequeña y, en su caso, más útil.

Legado

La carrera de Hirata es la respuesta a una pregunta que la gente hace sobre los prodigios y que rara vez ve resuelta. El joven de trece años con la medalla olímpica se convirtió en profesor titular en Caltech en 2012, laureado con el Breakthrough en 2018 y miembro del equipo que construye el instrumento que puede determinar si existe la energía oscura. Lo que sea que el telescopio Roman descubra finalmente sobre el universo en aceleración habrá sido extraído, en parte, utilizando métodos que él ayudó a desarrollar.