Tecnologia Científica

Investigando a história do cosmos
Mas os membros do laboratório dizem que cosmologista premiado está igualmente investido em futuros
Por Juan Siliezar - 08/11/2020


Um senso de descoberta e aventura passou a definir muito do trabalho de Cora Dvorkin como professora associada no Departamento de Física. Stephanie Mitchell / Fotógrafa da equipe de Harvard

O fascínio de Cora Dvorkin pela matemática e pelo cosmos começou com seu pai, um amigo da família, e o famoso físico teórico Stephen Hawking .

Atraída pela matemática desde tenra idade, Dvorkin se lembra de longas discussões com seu pai e seu amigo sobre conceitos matemáticos abstratos como a origem do infinito ou zero e tinha 10 anos quando entregou pela primeira vez Hawking "A Brief History of Time" Não demorou muito para que um jovem Dvorkin, crescendo em Buenos Aires, ficasse encantado com os tipos de conexões que Hawking estava fazendo.

“Percebi que poderia acessar o tipo de pergunta em que estava interessado com a ferramenta da matemática”, disse Dvorkin. “Eu me diverti quando minha mente saiu [em busca de grandes respostas] e então ela voltou, e percebi que estava fisicamente neste lugar, mas estava voando para outro.”

Essa sensação de descoberta e aventura passou a definir muito de seu trabalho como professora associada no Departamento de Física da FAS. Lá, o cosmólogo teórico usa algoritmos avançados e aprendizado de máquina para analisar dados de satélites e telescópios de todo o mundo para estudar as origens e a composição do universo primitivo. O objetivo principal de seu laboratório é tentar entender a natureza de uma das características mais importantes e intrigantes do universo: a matéria escura.

“Usamos nossos computadores para simular o universo e fazer nossos cálculos”, disse Dvorkin, que veio para Harvard em 2014 como bolsista do Instituto de Teoria e Computação do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. “Os dados que usamos são do fundo de microondas cósmico, que é o brilho residual do Big Bang, ou dados do que é conhecido como a estrutura em grande escala do universo, como pesquisas de galáxias ou lentes gravitacionais, que é o luz vindo em nossa direção [de galáxias distantes] que é desviada [e distorcida] por causa de estruturas massivas ao longo do caminho. ”

“Cora não é apenas uma construtora de teorias, mas também uma construtora de pessoas.”

- Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física

Muitas dessas estruturas são conhecidas como matéria escura. Os cientistas acreditam que a matéria escura é a cola que mantém as galáxias unidas e a força organizadora que dá ao universo sua estrutura geral. Compreende cerca de 80 por cento de toda a massa.

Ter um vislumbre disso é extremamente difícil, no entanto. A matéria escura não emite, reflete ou absorve luz, tornando-a essencialmente invisível para os instrumentos atuais. Em vez disso, os pesquisadores inferem coisas sobre a matéria escura por meio do que sua poderosa gravidade permite: dobrar e focalizar a luz ao seu redor, um fenômeno chamado lente gravitacional.

Nos últimos anos, o laboratório de Dvorkin tem sido um líder na descoberta de novas abordagens para aprender sobre a matéria escura. Um estudo publicado no ano passado, por exemplo, envolveu o uso de um novo método de aprendizado de máquina para detectar o que é conhecido como subhalos, ou pequenos aglomerados de matéria escura que vivem dentro de halos maiores de matéria escura que mantêm uma galáxia unida. Os halos basicamente criam bolsões onde certas estrelas estão confinadas. Embora não possam ser vistos, esses subhalos podem ser rastreados analisando a distorção de luz do efeito de lente. O problema é que a análise costuma ser cara e pode levar semanas.

“Na maioria das vezes você não consegue nenhuma detecção, então o que tenho trabalhado com um aluno de graduação e agora com um pós-doutorado é se podemos automatizar um procedimento como a detecção direta, por exemplo, usando redes neurais convolucionais, tornando esse processo de detecção subhalos muito mais rápido ”, disse Dvorkin.

O laboratório mostrou que sua estratégia de usar o aprendizado de máquina pode reduzir a análise a alguns segundos, em vez de algumas semanas usando métodos tradicionais.

Outra pesquisa de matéria escura envolve a observação do universo primitivo, que incluiu o uso de observações cósmicas de fundo em microondas para estudar a estrutura da matéria escura e o pioneirismo em um método para investigar a forma de uma inflação de aspecto conhecida como "Rolagem lenta generalizada" Junto com colegas em Harvard, MIT e outras universidades, Dvorkin ajudou a lançar um novo instituto da National Science Foundation para inteligência artificial, onde ela aplicará alguns de seus métodos para detectar matéria escura.

Seu trabalho atual e passado chamou a atenção. Dvorkin recebeu o prêmio de Early Career do Departamento de Energia em 2019. Ela ganhou o prêmio de Cientista do Ano concedido pelos alunos estagiários e professores da Fundação Harvard para Relações Interculturais e Raciais em 2018 por suas contribuições à física, cosmologia e educação STEM. Dvorkin foi nomeada Radcliffe Institute Fellowship de 2018 a 2019. E em 2012, ela recebeu o Martin and Beate Block Award, um prêmio internacional concedido anualmente a um jovem físico promissor pelo Aspen Center for Physics.

O professor de astronomia e física Douglas Finkbeiner se considera um dos fãs de Dvorkin - não apenas porque seu trabalho estelar levou a uma bela caixa de troféus, mas também por causa de como ela defende seus colaboradores, especialmente futuros cientistas.

“Cora não é apenas uma construtora de teorias, mas também uma construtora de pessoas”, disse ele. “Foi uma alegria ver seus alunos [e pesquisadores associados] crescerem e se tornarem cientistas de primeira linha.”

O Grupo Dvorkin é composto por 11 membros, incluindo sete alunos de graduação e um de graduação.

“Nós temos um grupo realmente grande em comparação a qualquer outro grupo de pesquisa dos quais eu tenha feito parte”, disse Bryan Ostdiek, um dos três pós-doutorandos do laboratório. “Isso torna tudo muito animado” e colaborativo nos projetos, disse ele. Era especialmente evidente antes da pandemia, mas ainda acontece agora por meio de mensagens do Zoom e do Slack.

E é assim que Dvorkin gosta.

“Ainda me lembro da época em que era estudante de graduação”, disse Dvorkin. “Eu me beneficiei muito das discussões com meu orientador, mas também me beneficiei das discussões com outros membros do grupo. Tentei dar aos pós-doutorandos a oportunidade de trabalhar com os alunos porque em algum momento eles se inscreverão para empregos como professores ”.

“Em geral, não há muitas mulheres na física e, em particular, não há muitas mulheres na física teórica, então eu realmente aprecio tê-la como mentora.”

- Maya Burhanpurkar '22

Quando se trata de projetos, os membros do laboratório dizem que Dvorkin é tão prática quanto eles precisam, mas que ela também lhes dá a liberdade de que precisam para avaliar os dados ou apresentar suas próprias ideias para pesquisa.

Ana Diaz Rivero, AM '18, um Ph.D. em física. candidata na Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências, diz que conseguiu obter experiência inicial na autoria de artigos científicos por meio de seu trabalho no laboratório, incluindo em jornais importantes como The Astrophysical Journal e Physical Review D. Ela também foi convidada a dar uma série de palestras, incluindo uma próxima no Instituto Max Planck de Astrofísica.

Rivero diz que trabalha com Dvorkin desde o início de sua experiência de graduação em Harvard em 2016.

“Fui aceito em Harvard e, no dia em que fui aceito, ela me enviou um e-mail dizendo parabéns por entrar em Harvard e marcamos um horário para conversar”, disse Rivero. Os dois se conheceram na Universidade de Columbia em uma palestra que Dvorkin estava dando. “Quando vim visitar o Open House, falei com ela, gostei muito dela, contei-lhe as ideias que tinha e ela me apoiou muito trabalhando nelas em seu grupo. Então, no primeiro dia de Harvard, comecei um projeto de pesquisa com ela e escrevemos muitos artigos juntos desde então. ”

Um alcance como esse é importante para Dvorkin, especialmente para aumentar a inclusão e a diversidade no campo. É por isso que no passado ela deu palestras na Conferência de Ciência Albert Einstein anual da Harvard Foundation: Advancing Minorities and Women in Science, Technology, Engineering and Mathematics e porque, mais recentemente, ela esteve em contato com a Black National Society of Physicists.

“Estou muito preocupado com esses tópicos e estou tentando o meu melhor para fazer o que posso para combater esse problema”, disse Dvorkin.

Razões como essa são porque o membro mais jovem do laboratório do grupo diz que Dvorkin não serve apenas como uma excelente mentora, mas também como um modelo para mulheres cientistas como ela.

“Em geral, não há muitas mulheres na física e, em particular, não há muitas mulheres na física teórica, então eu realmente aprecio tê-la como mentora”, disse Maya Burhanpurkar '22, um estudante de graduação em Harvard estudando física e ciência da computação. “Isso me mostra o que é possível como mulher no campo”.

 

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