Licia Verde (Venecia 1971) es una de las cosmólogas más citadas de su campo. Esta disciplina trata del origen, la composición y la evolución del universo.

A España llegó en 2007 de la mano de ICREA, la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados que ficha a investigadores de gran talento para fomentar el progreso y la innovación en las universidades catalanas. Es directora científica del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona y de la revista Journal of Cosmology and Astroparticles Physics.

El equipo que lidera intenta entender la materia y la energía oscuras que conforman el 95% del cosmos (solo el 5% es normal).

¿Cuál fue el origen de las perturbaciones iniciales que dieron lugar a las galaxias? ¿Se ajusta correctamente el modelo estándar de la cosmología a las observaciones de este ámbito? En 2017, sus reportes apuntaron a que la velocidad de expansión del universo tiene más misterios de lo que creía la comunidad científica.

Otra de sus grandes aportaciones a este campo ha sido el desarrollo de métodos estadísticos que permiten analizar los datos e interpretarlos de manera fiable y factible, "sacando la mayor información posible, pero no más de lo que dicen", asegura la italiana.

Gracias a su trabajo con los detalles proporcionados por un satélite de la NASA, se obtuvo con gran precisión la imagen del cosmos primitivo, de apenas 400.000 años. "Si el universo hoy fuera una persona adulta —explica—, equivaldría a verlo cuando era un recién nacido. Igual que se aprende mucho de alguien observando sus fotos desde que era un bebé, lo mismo sucede en este caso".

En la aventura de conocer, de cuestionarse, de mantener el rigor, de arriesgar y no acomodarse, reside la vitalidad de esta científica. "No tener una respuesta definitiva es lo correcto", dice de manera expresiva y con sentido del humor.

Un hallazgo plantea más preguntas. Licia Verde tiene el don de hacer comprensible lo complejo y de iniciar al profano en la poesía de la Física y las Matemáticas, además de, cómo no, del cosmos.

La energía oscura ocupa aproximadamente el 71% del universo. No se sabe qué es, ni siquiera es materia y se asocia al vacío. A mí esto me suena muy filosófico…

De alguna manera lo es. Esta idea proviene de las ecuaciones de Einstein y su teoría de la relatividad, que explica la gravedad. Tuvo que añadir un término a esas expresiones que, dependiendo de en qué lado de las mismas lo pones, se interpreta como energía oscura o como algo asociado al vacío. Aquí se advierte claramente la relación entre las matemáticas y la física.

España ha colaborado en el proyecto de DESI, que ha creado el mapa más grande del universo en 3D.

Ha habido distintas generaciones de instrumentos para hacer un gran cartografiado de galaxias en tres dimensiones. Con cada nuevo instrumento se ha ido agrandando el mapa. Este es el más grande. Por ahora, ha hecho lo propio con 40 millones.

DESI se ha montado sobre telescopio en Estados Unidos y gran parte de la gestión, responsabilidad y financiación es americana, aunque han participado muchos países, incluida España.

Aquí hay mucho talento, pero nos cuesta muchísimo poder movernos y competir con otras naciones e instituciones. La cosmología necesita de grandes colaboraciones, inversiones y flexibilidad, algo que aquí no tenemos. Es un poco como tener un coche con un motor muy fuerte, pero con las ruedas algo desinfladas.

Se creía que la energía oscura era constante, pero parece que no lo es.

Exacto. Los datos del mapa que hemos mencionado no están en desacuerdo con el modelo estándar de la cosmología en el que la energía oscura es constante. Pero cuando ponemos estos detalles específicos en contexto junto a los del fondo cósmico de microondas, los de las supernovas y otros más, resulta que encajan mejor con un patrón en el que la energía oscura no es constante.

Claramente, hemos visto una señal, pero ¿proviene de ahí o de otra cosa que no hemos identificado? Tenemos que responder a esta pregunta. Cuando escribimos un artículo para presentar un descubrimiento, los científicos hemos de probar que se ajusta a un patrón concreto. Pero entre este y la realidad hay un paso (se ríe).

Claro, pero si se demostrara que la energía oscura no es constante, sería una revolución.

Lo es. Tengo que añadir que, al comparar distintas informaciones, hay otras cosas que nos están indicando que el modelo estándar no se ajusta tan bien.

Lo que pasa es que, afortunada o desafortunadamente, tener una energía oscura que no es constante del tipo que ha salido en este último análisis de DESI no resuelve esos problemas. Si lo hiciera, podríamos decir que estamos cerca de llegar a un consenso de toda la comunidad científica. Esto pone las cosas muy interesantes (se ríe).

Me refiero a la cuestión de la velocidad de expansión del universo. Dependiendo de si la medimos aquí y ahora o de si lo hacemos como un parámetro global del patrón, esta tiene valores ligeramente distintos.

La velocidad de expansión del universo parece que tampoco es constante.

Exacto. Su variación nos indica que hay energía oscura, o asociada al vacío, que no entendemos. Está bien, porque si lo comprendiéramos todo no habría nada que investigar (se ríe).

¿Cuál es la naturaleza de la energía oscura que acelera la expansión del universo?

Lo desconocemos. Solo tenemos un modelo. Sabemos que está asociada al vacío. Aunque se comporta como energía, no tiene gravedad desde el punto de vista dinámico.

Por otro lado, los físicos que estudian el vacío dicen que no cuenta con la magnitud que le correspondería si tuviera verdaderamente la propiedad que le pertenece por definición. Una vez más, esto presenta más problemas de los que resuelve.

Conocer la energía oscura ayudaría a entender las fuerzas que están conformando el pasado, el presente y el futuro del universo. ¿Lo que ya fue se puede modificar?

No con las leyes de la física que conocemos. Que luego pueda haber extrapolaciones de la misma en las cuales puedan pasar algunas de estas cosas es algo que no lo puedo excluir. Pero el 99% de los físicos te dirán que no, que el pasado no se puede cambiar.

¿Cuántos universos hay? ¿El nuestro es finito?

Nosotros podemos ver solamente una parte de él. Puede que haya otros. La cuestión es si podemos observarlos (se ríe).

Yo tengo que poder hacer un experimento, directo o indirecto, y, de alguna manera, medir algo. Esto es el campo de la física. De otro modo, pertenecería a la metafísica o a la filosofía. Pero esta es mi postura. Hay otros compañeros que creen que si su teoría indica que hay muchos universos y se puede testar, los hay. Creo que es una opción personal.

¿Y cómo se sabe que el Big Bang sucedió hace 14.000 millones de años?

Muy buena pregunta, porque nadie estaba ahí mirando la hora en el reloj (se ríe). Otra vez, lo que se sabe encaja dentro de un modelo. El que determina cuándo sucedió este evento está sólidamente testeado. Podemos equivocarnos en algunos millones de años, pero no mucho más.

¿Qué hubo antes del Big Bang?

Es muy difícil llegar a ese momento, porque la física tal y como la conocemos no funciona. Poco después de que el fenómeno se diera, el universo era muy denso. Para medirlo hay que usar la relatividad general, y, como las escalas eran muy pequeñas, también hay que emplear la física cuántica. Pero ambas no casan. Necesitamos una teoría que las una y no la tenemos (se ríe).

Debido a todo esto, podemos llegar cerquita, pero no hasta ese punto. Preguntarse qué había antes es todavía más complicado.

¿En el universo hay ruido?, ¿cómo suena una supernova?

Depende de lo que se entienda por ese término. Si te refieres a ondas acústicas, para que estas estén tiene que haber un medio como el aire o la atmósfera. En el cosmos de lo primero no hay y de lo segundo muy poca cantidad, salvo la de los planetas o estrellas, por lo cual no hay ese ruido.

Lo que sí se encuentra presente es una radiación electromagnética que podemos interpretar como un tal. Por ello, se dice que el fondo cósmico de microondas es el ruido de fondo del universo. Y por cierto, el origen de este es, precisamente, un ruido, porque al principio era muy denso y se comportaba como un gas, como una atmósfera. Entonces sí había ondas acústicas.

Usted ha dicho que somos producto de la incertidumbre y la probabilidad, porque la aleatoriedad cuántica creó las perturbaciones de las que se formaron las estrellas. Yo muy bien no lo entiendo, pero me parece muy poético.

Es un intento de comprender qué sucedió poco después del Big Bang y cómo se originaron las pequeñas perturbaciones iniciales. Sabemos que están ahí porque las hemos medido y tenemos la certeza de que se han desarrollado bajo el efecto de la gravedad formando toda la estructura cósmica que vemos, incluyendo nuestro planeta.

Las observaciones indican que estas perturbaciones se generaron como cuánticas. Tienen la misma distribución de probabilidad. Este azar es muy poético.

Después de pasar horas y horas sumida en cálculos y especulaciones sobre el universo, ¿cómo aterriza en tierra?

(Se ríe) Me gustaría decirte que con mis hijas o leyendo un libro, pero lo que frecuentemente me hace conseguirlo es la burocracia. La cantidad de esfuerzo y de tiempo que uno tiene que dedicarle no es nada despreciable. Es más fácil entender el universo que cómo funcionan estos procesos. Sobre todo, la parte de financiación de personal.

Le he oído decir en una conferencia que "somos una partícula de polvo en este universo y pesar de ello somos privilegiados". ¿Cree que existe un deus ex machina?

Es una cita de Carl Sagan. ¿Qué significa? Cualquier físico dirá que son las leyes de la física, las que conocemos y las que todavía tenemos que descubrir.

¿Hay relación entre la astrología y la astronomía?

La astronomía pertenece al ámbito de la ciencia que estudia los objetos celestes. La astrología es una interpretación muy personal, no científica, de cómo estos influyen en nuestras vidas. Creo que tiene más de psicología que de astronomía.

Pero es interesante, porque las dos disciplinas nacieron juntas. Siempre nos hemos preguntado por lo que está ahí arriba, cuál es su influencia, cómo estamos conectados... Luego, con el nacimiento del método científico, las dos áreas se separaron.

¿Con cuáles de sus hallazgos se quedaría?

Desde el punto de vista emocional, cuando obtuvimos mediante la interpretación de los datos la edad del universo con un margen de error mucho menor del que había. Durante meses no pude decir nada a nadie. Había que escribir los artículos y pasar la revisión de pares antes de hacerlo público.

El segundo ha salido de mi grupo de investigación y puede tener influencia en el futuro. En 2017 empezamos a darnos cuenta de que algo no cuadraba con las predicciones del modelo de la velocidad de expansión del universo y las medidas locales. En 2019 se divulgó y ahora todos lo asumen.

¿Eso quiere decir que la velocidad de expansión no es constante?

Depende de la persona que la observe. Llevamos casi 10 años con este problema. Son cosas muy complicadas. Puede que haya una equivocación, pero no sería un error banal. De otro modo se hubiera descubierto hace tiempo. Se llama la tensión de Hubble.

Hace un siglo que se empezó a intentar medir la velocidad de expansión del universo y la precisión de los instrumentos es cada vez mejor. Si el modelo estándar del cosmos es correcto, al tratarse esta de un parámetro del mismo, debería ser igual en cualquier parte. Pero entre las medidas del 'universo bebé' y las locales, difiere. ¿Qué está pasando?

¿Cuáles son los próximos retos? Supongo que este será uno.

Sí. Hay otro en el que entran en juego una dosis justa de creatividad y de tener una posición consolidada que te permite arriesgar, porque si te equivocas al principio de la carrera, se ha acabado.

Me gustaría ir un poco más allá de trabajar con un modelo y medir los parámetros de este. Quiero ver si se puede establecer el puente entre las observaciones físicas y los patrones de las mismas, más que entre los modelos. No va a ser sencillo, pero hay que intentarlo.

A team led by Núria Miret-Roig, researcher from the University of Vienna and collaborator of the Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona (ICCUB) has discovered an age discrepancy between two of the most reliable methods to measure stellar ages, isochro-nal and dynamical tracebacks. Their results find dynamical traceback ages to be consistently younger by about 5.5 million years. This key finding suggests that the dynamical traceback 'clock' starts when a star cluster begins to expand after it leaves its parental cloud, while the isochronal 'clock' starts ticking from the moment of star formation. This result has significant implications for our understanding of star formation and stellar evolution, including planet formation and the formation of galaxies. With it, existing models can be tested to offer a new perspective on the chronology of star formation. These results will be published in Nature Astronomy. 

Stellar ages are a fundamental parameter in astrophysics, however, they are one of the hardest measurements to make. The best estimations are for star clusters, i.e., groups of co-eval stars with a common origin. Numerous techniques are used to estimate stellar ages, but they often show conflicting results. Are the age differences between different techniques caused by un-certainties in models and observations? Or, can we profit from this age puzzle to learn some-thing about the star formation process? 

“Astronomers have been using isochronal ages since we understood how stars work, but these ages depend on the particular model we use” said Núria Miret-Roig, the first author of this study and researcher at the University of Vienna. “The high-quality data from the Gaia satel-lite allows us to measure ages dynamically, independently of stellar models, and we were excited to synchronize the clocks, meaning, to test the different models. We found a con-sistent and puzzling difference between the two age methods. We got to the point where we could not blame the discrepancy on observational errors anymore, so the two clocks are most likely measuring two different things.”

“This age difference between the two methods constitutes a new and much needed tool to quantify the earliest stages in a star’s life” says João Alves, co-author and professor at the Uni-versity of Vienna. “It allows us to measure how long baby stars take before leaving their nest”.

Such a constraint is pivotal in advancing our comprehension of the early life of stars and the evolution of stellar clusters. The researchers analyzed six nearby (<150 pc), young (<50 Myr) clusters and showed that the timescale of the embedded phase is 5.5±1.1 Myr, and could de-pend on the cluster mass and amount of stellar feedback. The application of this new tech-nique to other young clusters in the solar neighborhood, where the observational precisions are best, will provide new insights into the star formation and dispersal process.

David Barrado, CAB researcher, qualifies: "Determining the ages of any cosmic process is a fundamental problem. This work lays a very firm foundation for the search for global solu-tions. The PLATO satellite, which will be launched at the end of 2026, will be the key to a complete resolution.

This work has been possible thanks to the excellent astrometry of the Gaia special mission combined with ground-based radial velocities (such as the ones from the APOGEE cata-logue), which allow the precisions in the 3D velocities to trace the positions of stars back in time to their birth site. New and coming spectroscopic surveys such as WEAVE, 4MOST, and SDSS-V will make this study possible for the entire solar neighborhood.

As Miret-Roig puts it, "Our work paves the way for future research in star formation, offer-ing a clearer picture of how stars and clusters evolve. It's a significant step in our quest to understand the formation of the Milky Way and other galaxies."

Paper:  Núria Miret-Roig, João Alves, David Barrado, Andreas Burkert, Sebastian Ratzenböck & Ralf Konietzka, Insights into star formation and dispersal from the synchroni-sation of stellar clocks, Nature Astronomy (2023)
Reference and doi:  Nature Astronomy  (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02132-4

Contact:
First author:  Núria Miret Roig, nuria.miret.roig@univie.ac.at
CAB researcher:  David Barrado, barrado@cab.inta-csic.es

ACKNOWLEDGEMENTS
Co-funded by the European Union (ERC, ISM-FLOW, 101055318, PI: J. Alves). Views and opinions expressed are, however, those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Council. Neither the European Union nor the granting authority can be held re-sponsible for them. 
Proyecto PID2019-107061GB-C61 y No. MDM-2017-0737 financiado por MCIN/ AEI /10.13039/501100011033/ y por FEDER Una manera de hacer Eu-ropa 
 

The project ExoHad, short for “Coordinated Theoretical Approach for Exotic Hadron Spectroscopy”,  is led by Indiana University researcher and physics professor, Adam Szczepaniak, and it aims at analyzing the data of experimental collaborations (such as GlueX at Jefferson Lab), and advance theoretical frameworks for the accurate prediction of nuclear interactions and properties of nuclear matter.

“We are excited to work on these very important issues, which may ultimately provide us with a better understanding of matter itself,” said Szczepaniak. “We are expecting a lot of novel phenomena that we have not seen yet, even though we cannot predict exactly what those will be.”

While nuclear physics examines particles at an incredibly small scale, it can have a big impact — helping advance understanding of the universe itself. Having a thorough understanding of nuclear physics can lead to advancements in many fields, including medicine or climatology, Szczepaniak said.

To better understand exotic hadron physics, ExoHad brings together three teams: one conducting experiments, one developing theory and numerical simulations, and one that will combine the results of experiments with predictions from the calculations. The researchers’ approach emphasizes the need for common tools, based on hadron scattering amplitudes, to simultaneously analyze experimental data and numerical simulation. They hope their approach will allow for a more robust determination of the spectrum of exotic hadron resonances.

“The exotic hadrons that the collaboration is hoping to unravel are expected to contain many gluons, which are the most mysterious particles know in physics,” Szczepaniak said. “They only exist deep inside atomic nuclei and are responsible for over 95 percent of visible matter in the universe, but how this happens is still a mystery.”

This project will allow scientists to apply knowledge learned as members of the Joint Physics Analysis Center. The center started in 2013 to provide theory support to experiments taking place at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Virginia and later expanded to laboratories around the world.

The project counts with the participation of twelve institutions, 9 from de USA and 3 from Europe.

Participating Institutions and co-PI’s:

• University of Barcelona, Vincent Mathieu
• Indiana University, Adam Szczepaniak, Jinfeng Liao, Emilie Passemar
• Arizona State University, Richard Lebed
• College of William & Mary, Jozef Dudek
• Jefferson Lab, Robert Edwards, Arkaitz Rodas
• Laboratory of Instrumentation and Experimental Particle Physics (LIP), Gernot Eichmann
• Ohio State University, Eric Braaten
• Old Dominion University, Raúl Briceño
• The George Washington University, Michael Döring
• University of Messina, Alessandro Pilloni
• University of Pittsburgh, Eric Swanson
• University of Washington, Stephen Sharpe

The 17th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2021) was held online from August 26th to September 3rd. In this conference, about one thousand physicists from around the world presented the latest results on cosmological hot topics such as dark matter and dark energy, gravitational waves and neutrino physics among others.

ICCUB’s cosmologist Licia Verde talked about all of these results in an interview with the scientific news agency of the Spanish Foundation for Science and Technology, Agencia Sinc.

In this interview, Dr Verde painted a general picture of the state of the current research in the areas in which cosmologists are mainly focused on presently, with special attention to topics such as the tension in the Hubble constant from the observations of CMB and the data from the Plank Collaboration, the dark matter search experiments to directly detect WIMPs (weakly interactive massive particles), the experiments to study neutrinos and their fundamental properties, the insights on dark energy that will ensue from the data collected by the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) and the limit on the number of visible universes imposed by the data of the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). 

She then moved on to speculate about the future challenges that cosmologists will face in the following years like detecting the gravitational waves produced during inflation, but she mentions that she does not foresee that discovery happening anytime soon.

We are thrilled to see what surprises this next decade will bring in cosmology and the areas interconnected with it.

ICCUB researcher Teresa Antoja, who was recently awarded the BBVA Leonardo grant to basic research, shared her passion for the universe and the Milky Way with the readers of the spanish newspaper El País in an interview last Tuesday, August 10. 

In a phone conversation, she told El País about some of her childhood memories where she would stay awake throughout the night during summer camps, mesmerized by the spectacular view of the galaxy and how that led her to choose a scientific degree.

Dr. Antoja’s research is based primarily on the evolution of the Milky Way, more specifically in analyzing the anomalous vertical motion of some of the stars of the galaxy that seem to be caused by the collision of our galaxy with the Sagittarius galaxy hundreds of thousands of years ago. Besides her scientific achievements, which have granted her the recognition of the BBVA Foundation, she has a deep commitment to social issues and actively works for issues such as women’s equality in science, as she remarks the importance of having female scientists to increase representation and encourage young girls to pursue STEM careers.

You can read the whole interview in the following link.

Researcher Roberto Emparan explains, to EFECiencia, the work that has led to the 2020 Nobel Prize in Physics. He comments on the importance of Robert Penrose’s work for theoretical physicists, on the observation made by the other two-awarded Genzel and Ghez, and the remaining question in the study of the black holes.

He also comments the awards for French radio RFI.

Our researcher Mark Gieles explains to the podcast “Carne Cruda” the recent findings by the LIGO & Virgo collaboration, that were published earlier in September, and how they confirm Einstein's theory of general relativity.

The international collaboration has unveiled new and unexpected black hole populations, described in two articles published in the journals Physical Review Letters and The Astrophysical Journal Letters.

Listen to the podcast (min 29.30)

The cosmologist Licia Verde explains, in an article in the science section "Materia" of the newspaper El País, what is space-time and since when it exists. This article is included in the weekly Questions & Answers section "We respond", where women experts from the Women Researchers and Engineers Association answer questions from readers.

Read the whole article at Materia Ciencia