Este punctul din care pornim o nouă temă în cadrul proiectului de jurnalism de soluții REZOLVAT - alfabetizarea științifică și matematică.
În orașul cercetătorilor, un grup de tineri de la Institutul de Științe Spațiale calculează parametri cosmici, analizează date, construiesc cataloage de găuri negre și contribuie la una dintre cele mai mari misiuni ale Agenției Spațiale Europene.
11.02.2025
de Cristina Radu, foto: Bogdan CurecEste punctul din care pornim o nouă temă în cadrul proiectului de jurnalism de soluții REZOLVAT - alfabetizarea științifică și matematică.
Când ajunge dimineața la birou, Ana Caramete își începe întotdeauna ziua cu părțile birocratice: rapoarte, declarații, orice hârtii mai are de semnat, ca să scape repede de ce e plictisitor și enervant. Nu e neapărat muncă de cercetător, dar e ceva ce trebuie să facă. Apoi, trece la lucrurile mai fun - stă de vorbă cu „copiii”, uneori individual, alteori, în grupă, să vadă ce au mai făcut pentru că fiecare lucrează pe task-ul lui. În diminețile mai lejere, iau împreună micul dejun în bucătărie și pe urmă se apucă de treabă. Alteori, zilele sunt atât de pline de întâlniri pentru ea și Laurențiu - jumătatea ei atât acasă, cât și la birou -, încât abia apucă să se ocupe de jobul lor efectiv, acela de cercetare.
În biroul mic de la etajul al doilea al Institutului de Științe Spațiale din Măgurele, din fața unor ecrane uriașe pe care se preling formule și coduri complicate, înconjurați de postere cu stele și ceruri colorate, Ana, Laurențiu și o mână de oameni lucrează la una dintre componentele importante ale misiunii spațiale LISA - Laser Interferometer Space Antenna, a Agenției Spațiale Europene (ESA).
LISA este una dintre cele mai importante misiuni ale ESA. Își propune, cu ajutorul unui laser, să măsoare undele gravitaționale, adică niște mici ondulații în țesătura spațiu-timp produse de obiecte sau fenomene astronomice. De exemplu, o pereche de găuri negre care orbitează una în jurul alteia și se ciocnesc, ori o stea înghițită de o gaură neagră - fenomen ce poartă numele de star gulping.
Măsurătorile acestea le vor permite oamenilor de știință să înțeleagă mai bine modul în care funcționează gravitația, să vadă ce a produs undele, de unde au venit, direcția, ce obiecte le-au produs. Și să vadă care este originea găurilor negre, să cartografieze modul în care ele ajung să fie de milioane de ori mai masive decât Soarele și să stabilească rolul pe care-l au în evoluția galaxiilor. Asta îi va ajuta și să înțeleagă mai multe despre Calea Lactee.
Undele gravitaționale au fost prezise încă de-acum un secol de Albert Einstein, pe baza teoriei sale a relativității, care spune că curbura spațiu-timp determină gravitația. Einstein a arătat că obiectele care accelerează masiv, cum ar fi stelele neutronice (adică urmașul unei stele masive care a explodat) sau găurile negre care orbitează una în jurul celeilalte, ar perturba țesătura spațiu-timp în așa fel încât „valurile” produse s-ar propaga în toate direcțiile, departe de sursă. E ca un cutremur urmat de replici mai mici.
Undele gravitaționale au mai fost detectate experimental, dar de la sol, în 2015, niciodată din spațiu. Misiunea LISA ar trebui să surprindă undele gravitaționale prezise de Einstein și să ofere o imagine directă a primelor secunde după Big Bang.
Și nu doar atât. Undele gravitaționale poartă cu ele informații nevăzute - despre distanța obiectelor care le-au emis, de pildă. Analizând aceste date, cercetătorii pot măsura chiar expansiunea Universului.
Misiunea LISA are trei nave spațiale care vor zbura în formație, în formă de triunghi conectat prin raze laser la distanță de aproximativ 2,5 milioane de kilometri. Așa, plutind în formație, ele vor urmări Pământul în timpul orbitei sale în jurul Soarelui. În interiorul fiecărei nave spațiale sunt câte două cuburi aurii din aur și platină - se numesc mase de test și sunt puțin mai mici decât cuburile Rubik. Ele plutesc liber într-un spațiu special din navă. Atunci când trece o undă gravitațională, cuburile se mișcă, iar misiunea va urmări aceste mici modificări cu ajutorul laserului.
LISA este primul observator spațial dedicat undelor gravitaționale.
Echipa ASPACE-Q condusă de Ana și Laurențiu Caramete este implicată în toate activitățile legate de segmentul de sol al misiunii.
Se va ocupa de monitorizarea de la sol a misiunii spațiale, de datele care vin de la satelit și prelucrarea lor și de emiterea de alerte către alți sateliți. Alertele funcționează așa: ASPACE-Q primește datele de la cei trei sateliți LISA și trebuie să-și dea seama repede dacă a fost sau nu detectată o undă gravitațională. Dacă a fost, anunță Agenția Spațială Europeană, finanțatorul misiunii, iar ESA emite mai departe alerte către alte observatoare, misiuni sau telescoape care au capacitatea să recunoască și să monitorizeze alte elemente din unda respectivă.
„Cu cât privești din mai multe unghiuri, cu mai mulți ochelari, cu atât înțelegi mai bine. Un eveniment care produce unde gravitaționale produce și alte efecte”, explică Ana Caramete.
Ana Caramete
Cercetătoarea în vârstă de 46 de ani este la Măgurele din 2002, de pe vremea când lucra la doctoratul său în cosmologie. A fost încă de-atunci implicată în misiuni spațiale. Printre primele în care a lucrat a fost PLANCK, care a avut ca scop să fotografieze Universul „când era el bebeluș”. Încercări de a surprinde Universul la vârste fragede au mai fost. „Dar, ca orice progres în știință, cu PLANCK au reușit să facă poza cu o rezoluție mai bună”, spune Ana.
A mai luat parte la misiunea EUCLID, care s-a lansat în 2023. EUCLID face o hartă a Universului, un soi de tomografie a lui. „Dacă ne uităm pe cer noaptea, vedem un cearșaf cu niște puncte. Dar punctele alea sunt de fapt 3D și sunt stelele”, explică Ana Caramete.
După doctorat, a mai lucrat în câteva misiuni spațiale, în special pe programare și analize și interpretare de date. Dar niciuna ca cea pe care o pregătește ESA acum.
LISA este programată să se lanseze în 2035. „O singură misiune spațială poate să fie întreaga carieră”, spune Ana, când mă declar surprinsă de cât de îndepărtată în viitor este începerea misiunii. Va avea 56 de ani la momentul lansării. Acum se ocupă doar de pregătirea LISA, dar se gândesc și mai departe de atât: cum poate munca asta să fie aplicată și în alte direcții, în alte misiuni spațiale care pot urma.
Vineri, la început de februarie, e o zi ceva mai liniștită în Institut. Când intri în biroul echipei ASPACE-Q, dai de chipuri tinere care răsar de după ecrane, table pe care sunt scrise formule complicate cu cifre, litere și paranteze, o machetă a sistemului solar și cât cuprind rafturile - cărți de fizică, astrofizică și cosmologie.
Anei și lui Laurențiu le place să spună că unul dintre scopurile principale ale echipei lor este să mențină media de vârstă scăzută.
Laurențiu Caramete, alături de George
Laurențiu a terminat facultatea la Petroșani. Are un master în astrofizică și un doctorat terminat la Bonn, în Germania. S-a întors în România după studii pentru că „am vrut să fac la Măgurele ce am văzut în Germania”. La Măgurele a cunoscut-o pe Ana.
„Copiii” din ASPACE-Q, condusă de Ana și Laurențiu Caramete, sunt niște tineri de 24-26 de ani, unii studenți la master, alții la doctorat. Îi tratează însă ca pe parteneri egali.
„Nu avem pretenția să le știm pe toate. Ne bucurăm când vine un student sau o studentă și ne învață ceva”, spune Ana.
Pe Maria Ișfan și George, Ana îi numește „vrăjitorii formulelor” pentru că „fac niște lucruri care ne depășesc”. Maria are 25 de ani, a studiat fizica, cu un master în fizică computațională, iar acum este în anul al doilea la doctorat, la Universitatea din București. La Institutul de Științe Spațiale, unde s-a angajat imediat după licență, „se joacă” cu ecuațiile. I-a plăcut mereu mai mult teoria decât partea experimentală a fizicii. Și i-a plăcut întâi fizica, abia mai târziu s-a atașat și de matematică, pentru că „voiam mai multă ordine în viață”, iar fizica i-a oferit asta.
Maria antrenează rețelele neuronale cuantice din sateliții LISA să învețe niște tipare.
Maria Ișfan
În mare, rețelele neuronale imită modul în care funcționează creierul uman. Sistemul folosește inteligența artificială ca să identifice și caracterizeze undele gravitaționale. Programul face calcule, transformări, ca în final să spună din ce clasă vine mesajul. Rețeaua vede multe exemple, învață bine și corect, iar când LISA se lansează, va face singură sortarea asta a undelor.
Când nu verifică cu pixul pe hârtie ecuațiile pe care le-a făcut pe computer și nu construiește lego-uri Harry Potter, Maria cântă la chitară, compune muzică și are o trupă. Spune că și în muzică, la fel ca în fizică, sunt tipare, dar de sunete, tipare care-s preferate de creierul uman și pe care acesta vrea să le mai audă, pentru că îi plac. Dar preferă să nu le amestece.
Pentru misiunea LISA, George e „băiatul cu pixul” pentru că ce face el este modelare teoretică. Adică pune pe hârtie toate posibilitățile, toate evenimentele exotice care s-ar putea întâmpla în spațiu. Spune, parcă scuzându-se, că munca lui arată plictisitoare, dar se grăbește imediat să adauge: „E importantă!”.
Ana sare și ea să-i apere eforturile. Spune că nu există fizică fără matematică și că „avem nevoie de magicieni teoreticieni, de oameni cu pixul”.
Împreună cu Florentina Pîslan, George analizează procesul prin care o gaură neagră înghite direct o stea. „E un dans cosmic foarte violent”, descrie George evenimentul spațial.
Când se produce un eveniment cosmic, analizează din perspectivă gravitațională „scenariile mai exotice care nu-s neapărat clasice”, explică și Florentina. Adică evenimente neprevăzute, scenarii de la care nu știu la ce să se aștepte. Rezultatele muncii lor reprezintă, practic, baza pentru antrenarea rețelelor neuronale, inclusiv cele cuantice, de care se ocupă Maria.
Florentina, în vârstă de 24 de ani, s-a întrebat mereu de ce e atât de mult spațiu negru între stele noaptea. Așa a ajuns la Facultatea de Fizică a Universității din București și a parcursul tot drumul până la doctorat, pe poziția de asistent de cercetare științifică, apoi la Institutul de Științe Spațiale. „La prima vedere poate părea foarte delicată, dar are o putere în ea…”, o descrie Ana pe Florentina. De altfel, despre toate fetele din echipa ei spune că sunt „o forță”.
Florentina Pîslan
Florentina este și organizatoare a Games of Science, un proiect de promovare a comunicării științei pe înțelesul publicului larg, creat de cercetătoarea Ada Roseti, format din traininguri cu oameni de ştiinţă tineri și un concurs de prezentări. A concurat ea însăși în 2023 și a ajuns în finală. Proiectul i-a prins bine pentru că e timidă și i-a dat încredere în ea. Și a ajutat-o și să învețe să explice ceea ce face la job pe înțelesul tuturor. „Ana mi-a fost muză pentru că are un dar de a explica simplu lucrurile complicate”.
De doi ani face dans sportiv. Când dansează, își proiectează în minte desene cu formule din fizică. Așa se echilibrează - pe ea și pașii - și își adaptează viteza și poziția corpului în raport cu partenerul. Gândește în fizică și în sala de dans.
Alice Păun, „șefa tinerilor”, lucrează împreună cu Laurențiu Caramete făcând simulări de star gulping pe care Florentina și George le calculează teoretic. Star gulping, adică înghițirea stelei de către gaura neagră, este o metodă de creștere a maselor de găuri negre. Creșterea asta se poate face prin acreție - atunci când steaua se dezintegrează când se apropie de găurile negre, prin contopirea a două găuri negre, iar a treia metodă, de înghițire directă, este și ipoteza pe care încearcă să o confirme Alice și Laurențiu.
Alice se ocupă și de popularizarea științei și a activităților de la Institutul de Științe Spațiale, prin caravane, de pildă, și prin Școala de vară de la Măgurele.
Alice Păun
„Am crescut într-un mediu prin care suntem împinși să fim mai transparenți cu publicul larg. E o provocare, mai ales când vin copii foarte mici”, spune Alice despre modul în care încearcă să aducă știința, acest domeniu parcă greu de atins, mai aproape de oameni.
Și ea, și ceilalți se lovesc deseori de întrebarea: „dar la ce mă ajută pe mine să știu ce se întâmplă în spațiu?”, mai ales când este adusă în discuție finanțarea cercetării din bani publici.
România se află pe ultimul loc în Uniunea Europeană în ceea ce privește investițiile publice în cercetare, cu un buget de 0,13% din PIB pentru acest sector în 2024. Pentru anul acesta, bugetul pentru cercetare alocat Ministerului Educației a crescut la doar 0,17% din PIB.
Ana admite că, de multe ori, 80% dintre eforturi sunt pentru obținerea finanțării. Ea însăși face multă birocrație care ocupă timp, dar vede partea optimistă: dezvoltarea de skill-uri în responsabilități de care ar trebui să se ocupe alte departamente.
„Poate nu te ajută economic, de exemplu, că nu are impact asupra pensiei sau salariului. Dar e important să înțelegem de unde venim”, e de părere Alice. Teza ei de doctorat, de pildă, despre nucleariți, dacă se confirmă, poate fi o descoperire importantă pentru că poate anula tot ce știam până acum despre materia fundamentală din care este făcut Universul. Nucleariții sunt mici particule ipotetice despre care se crede că sunt relicve ale Universului timpuriu sau chiar de la Big Bang.
În celălalt capăt al biroului, Monica, 26 de ani, meșterește la un senzor: pe un pătrat făcut la imprimanta 3D, lipește un material portocaliu tăiat în formă de plus. Monica este inginera grupului, „dacă se strică ceva, în 5 minute îl avem înapoi reparat”. A terminat Inginerie Aerospațială la Politehnică, a urmat niște cursuri ESA și este interesată de partea teoretică a științei.
Când era mică, la o zi de naștere, când au întrebat-o prietenii ce vrea cadou, le-a cerut un telescop. Luna a fost primul obiect ceresc către care a îndreptat lentila telescopului. De-atunci, a ajuns să construiască senzorul tactil care va reproduce modul în care resimțim lucrurile și simulează, pentru sateliții LISA, semnalele pe care le emit undele gravitaționale în timp real.
Mai noi în echipă sunt Florin Constantin și Andrei Militaru. Primul e tehnician, doctorand, și se ocupă de procesarea de date. Pentru LISA, Florin determină parametrii undelor gravitaționale produse de diverse evenimente în spațiu. Andrei, în schimb, încă student la master, prelucrează un catalog de găuri negre, face un fel de arhivă a lor. De pe Pământ, putem ușor să confundăm galaxia cu o stea. Pe ecranul laptopului lui Andrei, galaxiile arată ca zeci de puncte albastre. Există o gaură neagră în fiecare galaxie, deci în fiecare punct albastru este o gaură neagră.
Până în 2035 mai e cale lungă și de-atunci oricum va mai dura până ESA și echipa din România de la Institutul de Științe Spațiale vor avea primele rezultate privind undele gravitaționale.
Ana Caramete spune că, deși forța gravitațională este cea mai cunoscută, inclusiv în rândul publicului larg, și de ea ne lovim cel mai mult, paradoxal, este forța despre care știm cel mai puțin.
„Știm că are capacitatea de a curba spațiul și timpul. Dacă înțelegem gravitația, putem să o manipulăm, poate reușim să călătorim pe distanțe mai mari și să ajungem în galaxia vecină. Sigur că sună SF ce spun eu, dar SF au sunat și microundele și iată, acum le folosim în medicină, la cuptorul cu microunde”, explică cercetătoarea.
De aici, ajungem să discutăm despre cei care cred că Pământul este plat sau că nu a existat Big Bang, ci Dumnezeu stă la sursa tuturor lucrurilor. Glumește și spune că, la fel ca cei care neagă știința, și unii cercetători cred cu religiozitate în unele formule și teorii și nu sunt dispuși să privească deschis dincolo de ele.
Religia și știința nu se bat cap în cap pentru că fiecare se ocupă de altceva, crede Ana. A învățat asta în urmă cu câțiva ani, într-o școală de vară de astrofizică de la Vatican, și a fost o revelație pentru ea. „Religia spune cine a făcut lucrurile, știința se ocupă de cum au fost făcute”.
De deasupra biroului Anei, zâmbesc dintr-o fotografie ea, Laurențiu și fiica lor, care acum are 16 ani și este elevă în clasa a X-a. Nu o pasionează fizica și pe Ana o bucură tare asta. Nu și-ar fi dorit să crească cu teama că va fi tot timpul în umbra părinților ei și că poate nu se ridică la nivelul așteptărilor lor sau ale comunității științifice. „E într-o perioadă de rebeliune, spune că urăște fizica”, râde Ana. Desenează manga, e toboșară și are o trupă în liceu. Face și un pic de programare, deci foarte mult nu s-a îndepărtat de domeniile STEM.
Lângă fotografie mai sunt câteva pliante și niște desene cu sistemul solar făcute de copiii cu care cercetătoarea a lucrat la Atelierele de astrofizică distractivă în școli și grădinițe. Pentru Ana, proiectul atelierelor este un fel de „guilty pleasure”. Ca cercetătoare, munca îi aduce satisfacție, dar o misiune poate dura ani întregi. Atelierele cu copiii vin cu o „recompensă imediată”.