Christopher Hirata: Instrumentos de precisão do cosmos

Em 1996, um jovem de treze anos entrou nas Olimpíadas Internacionais de Física — um evento concebido para identificar os físicos pré-universitários mais talentosos do planeta, a maioria com dezassete ou dezoito anos — e ganhou uma medalha de ouro. Christopher Hirata fez então a coisa mais difícil, aquilo em que os prodígios falham rotineiramente: cresceu para se tornar um cientista ativo cujas contribuições para a cosmologia são citadas pelos seus próprios méritos, sem qualquer referência à sua juventude.

Treze anos

Hirata nasceu a 30 de novembro de 1982 e é nipo-americano. Foi identificado precocemente como um menino prodígio na física, e o ouro nas Olimpíadas de 1996 é a prova concreta disso. A competição não é um questionário; envolve problemas teóricos e tarefas experimentais de várias horas que pressupõem o domínio da mecânica, do eletromagnetismo, da termodinâmica e da teoria quântica. O facto de um jovem de treze anos competir já é invulgar. O facto de um jovem de treze anos conquistar o ouro é um dado estatístico de outra natureza.

Caltech aos dezoito, Princeton aos vinte e três

Obteve a sua licenciatura em física no Caltech em 2001, aos dezoito anos, com uma média de 4,2.

Depois, foi para Princeton para um doutoramento em astrofísica, concluído em 2005 sob a orientação de Uroš Seljak, com uma tese intitulada Weak Gravitational Lensing Theory and Data Analysis. Tinha vinte e três anos. O tema definiria os vinte anos seguintes do seu trabalho.

A lente gravitacional fraca é uma das medições mais delicadas da ciência observacional. A massa curva a luz, pelo que as imagens de galáxias distantes são ligeiramente distorcidas por tudo o que a luz atravessou no seu caminho até aqui — incluindo a matéria escura, que não se revela de outra forma. As distorções são minúsculas, escondidas sob o borrão atmosférico, as imperfeições do telescópio e o facto de as galáxias não serem redondas à partida. Extrair o sinal cosmológico não é como tirar uma fotografia, mas sim reconstruir uma impressão digital a partir de uma mancha, e exige exatamente o perfil híbrido pelo qual Hirata se tornou conhecido: teoria, estatística e análise de dados ao nível instrumental numa única mente.

O que significa a cosmologia de precisão

Hirata tem sido descrito como um expoente máximo da cosmologia de precisão, e a frase merece ser tomada à letra. Durante a maior parte da sua história, a cosmologia foi uma ciência de argumentos de ordem de magnitude. Nas últimas três décadas, tornou-se uma ciência de casas decimais, na qual a composição e a história da expansão do universo estão fixadas em poucos pontos percentuais — e as questões interessantes residem nas discrepâncias.

A sua investigação abrange a maquinaria desse projeto: o fundo cósmico de micro-ondas, a energia escura e a aceleração do universo, os enxames de galáxias, o crescimento da estrutura em grande escala, a época da reionização em que as primeiras estrelas iluminaram a névoa neutra do início do universo, e as aplicações da lente gravitacional em tudo isto. Um fio condutor recorrente é a questão de saber se a aceleração cósmica indica realmente um componente de energia escura, ou se a própria relatividade geral necessita de ser modificada nas maiores escalas — a questão em aberto mais profunda do campo, e apenas resolúvel através de medições suficientemente precisas para distinguir as duas.

O efeito que ninguém tinha notado

Em 2010, trabalhando com Dmitriy Tseliakhovich, Hirata identificou um efeito de perturbação cosmológica anteriormente desconhecido: uma alteração na velocidade da matéria bariónica por volta da época da recombinação, o que, por sua vez, afetou a formação da estrutura inicial.

A importância não é óbvia pela descrição, pelo que vale a pena declará-la claramente. A recombinação — quando o universo arrefeceu o suficiente para que os protões e os eletrões formassem átomos neutros — é o momento mais intensamente modelado na cosmologia, o evento que produziu o fundo de micro-ondas e a base de quase todos os cálculos sobre o início do universo. Tinha sido analisado durante décadas por muitos dos melhores especialistas do campo. Hirata e Tseliakhovich encontraram nele um efeito real que todos os outros tinham ignorado, e que era importante para a forma como as primeiras estruturas cresceram. Encontrar algo novo num território tão minuciosamente estudado é um tipo específico de realização: significa ver um pressuposto que outras pessoas tinham deixado de notar que estavam a fazer.

Cargos e o telescópio Roman

Foi professor visitante no Institute for Advanced Study de 2005 a 2007, entrou no Caltech como professor assistente em 2006 e ascendeu a professor catedrático em 2012, e em 2013 mudou-se para o Center for Cosmology and AstroParticle Physics da Universidade Estatal de Ohio, onde permanece. Faz parte da equipa científica do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, um observatório de grande campo concebido precisamente para o tipo de cosmologia de levantamento em que se especializa.

As honrarias acompanham o trabalho. Recebeu o Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers em 2012, foi nomeado Investigador da Simons Foundation em 2013, ganhou o Prémio Helen B. Warner em 2014, e em 2018 recebeu o New Horizons in Physics Prize, parte do Breakthrough Prize in Fundamental Physics, por "contribuições fundamentais para a compreensão da formação das primeiras galáxias no universo e por aperfeiçoar e aplicar as ferramentas mais poderosas da cosmologia de precisão".

Porque é que Christopher é chamado de génio

Hirata pertence à pequena categoria de pessoas a quem o termo é aplicado com base no intelecto e que sobrevive ao teste de uma carreira. As credenciais de prodígio são inequívocas: um ouro olímpico aos treze anos, uma licenciatura em física no Caltech aos dezoito com uma média de 4,2, um doutoramento em Princeton aos vinte e três. A precocidade deste tipo é real, mas suficientemente comum para ser pouco fiável como indicador; a maioria dos adolescentes extraordinários torna-se em adultos vulgares, e a questão interessante é sempre o que aconteceu a seguir.

O que aconteceu a seguir é o caso real. A qualidade cognitiva específica envolvida é um alcance invulgar: Hirata opera simultaneamente como teórico, estatístico e analista de dados, num campo em que se trata normalmente de três pessoas diferentes. A cosmologia de precisão não é limitada por ideias, mas pela capacidade de manter toda uma cadeia — modelo físico, sistemática instrumental, estimador estatístico, conceção de levantamento — na mente de uma só vez e encontrar onde existem falhas. O resultado de 2010 com Tseliakhovich é essa faculdade em ação: um efeito genuinamente novo localizado dentro da época mais estudada da disciplina.

O contra-argumento honesto: as citações dos prémios descrevem-no como alguém que aperfeiçoa e aplica ferramentas em vez de fundar um campo, e isso é exato. Não derrubou um paradigma nem produziu um resultado com o seu nome associado da forma como Borcherds ou Penrose fizeram. O seu trabalho é colaborativo, incremental da forma como toda a cosmologia observacional moderna é incremental, e o seu valor é realizado através de grandes empresas de equipa como o telescópio Roman em vez de através de descobertas solitárias. Ninguém citado no registo público lhe chama génio; chamam-lhe um expoente máximo da cosmologia de precisão. É uma palavra mais pequena e, no seu caso, mais útil.

Legado

A carreira de Hirata é a resposta a uma questão que as pessoas colocam sobre os prodígios e que raramente veem resolvida. O jovem de treze anos com a medalha olímpica tornou-se professor catedrático no Caltech em 2012, laureado com o Breakthrough em 2018 e membro da equipa que está a construir o instrumento que poderá determinar se a energia escura existe. Qualquer que seja a descoberta final do telescópio Roman sobre a aceleração do universo, terá sido extraída, em parte, utilizando métodos que ele ajudou a desenvolver.