11 octubre, 2010

En honor a los agujeros negros pequeñitos

En honor a los agujeros negros pequeñitos: "

Cuando Nora me dijo que era astrofísica e investigaba agujeros negros le pregunté ilusionado: “¿De esos gigantes en el centro de las galaxias?”. La conversación con amigos en el restaurante Circa había sido distendida hasta el momento, pero de repente Nora sacó todo su carácter de mujer siciliana, y me reprendió como si hubiera cometido un crimen: “¡Ya estoy harta! sólo os preocupáis de los aburridos agujeros negros supermasivos... ¡Los estelares son más pequeños, pero mucho más interesantes!”



¿Había dos tipos diferentes de agujeros negros y yo sin enterarme? ¿en qué sentido unos eran más interesantes que los otros? ¿Qué era eso de las explosiones de Rayos Gamma que tanto insistía Nora? Para averiguarlo debía terminar mi copa, y visitar otro día a la Dra. Eleonora Troja en su oficina del Goddard Space Flight Center; la sede central de la NASA situada en las afueras de Washington DC y cuyo campus acoge nada más y nada menos que a 8.000 científicos e ingenieros.



No todos los agujeros negros son iguales


El concepto básico tras un agujero negro es muy sencillo: una concentración de masa tan descomunal, que absorbe todo lo que pase cerca de él y no deja escapar ni la luz.


Desde luego, son los objetos más misteriosos del Universo, y averiguar qué ocurre en el interior de esta singularidad de campo gravitatorio infinito, o qué le pasa exactamente a la materia cuando alcanza su horizonte de sucesos del que ya no hay vuelta atrás, o comprobar si las ecuaciones de la relatividad de Einstein todavía se cumplen en tan extrema deformación del espacio-tiempo, o si la física cuántica es capaz de describirlos mejor e incluso predecir que algún tipo de radiación sí escape de ellos, es uno de los más grandes enigmas de la cosmología actual en el que trabajan por un lado físicos teóricos mirando sólo ecuaciones matemáticas en sus ordenadores, y astrofísicos observando cómo se comporta la materia que los rodea.


Pero quédate tranquil@; no te alejas mucho de la realidad si simplemente te imaginas una región en el Universo de densidad casi infinita que lo absorbe todo y nos resulta invisible porque la fuerza de gravedad no deja escapar ningún tipo de radiación.


Pero ¿Cómo se forman estos monstruos? Esto nos lleva a los dos tipos de agujeros negros que matizaba Nora: los supermasivos de millones de masas solares, y los estelares de pocas decenas. “¿y no hay nada en medio?”, preguntarás (y pregunté). La respuesta que obtuve: “Podrían existir de intermedios, pero no tenemos ninguna evidencia concluyente, ni una hipótesis clara de su formación. Bien podría ser que sólo existieran estos dos tipos”.


Sobre los supermasivos, los astrofísicos creer que, especialmente en las primeras etapas del Universo cuando la concentración de materia era mucho mayor, los agujeros negros se pudieron formar por una simple acumulación de estrellas gigantes, gas, y polvo, hasta condensar formando un agujero negro que tras miles de millones de años absorbiendo materia se convertiría en esos gigantes que ocupan el centro de las galaxias.


Los estelares que estudia Nora tienen otro origen: Una estrella como mínimo 30 veces mayor que nuestro sol termina su actividad, su interior deja de generar energía por fusión nuclear, y sus capas externas empiezan a colapsarse hacia el centro. En un momento determinado estalla formando una supernova, expulsando la mayor parte del material estelar, pero dejando en el centro una cantidad de materia suficiente como para formar un pequeño agujerito negro, sólo y aislado, en un rincón del Universo sin que nadie le pueda observar.


¿En qué sentido decía Nora que el estudio de los agujeros negros estelares era más interesante? Porque resulta que gracias a las explosiones de Rayos Gamma que se emiten en el mismo instante del colapso estelar, pueden detectarse y estudiarse en el mismo momento de su formación. Cuando el satélite swift con que trabaja Nora detecta una explosión de Rayos Gamma (las más potentes en el Universo después del Big Bang), avisa y muchos otros telescopios apuntan a ese lugar concreto para detectar un completo rango de otras radiaciones que se emiten.



¿Por qué explotan las estrellas?


Imagínate esa estrella 10 veces mayor que nuestro Sol dando vueltas como una loca sobre su eje, apagándose, y empezando a colapsarse. En un momento determinado explota, y gracias a que estaba rotando sale disparado un chorro de rayos Gamma. Pero… “¿por qué explota formando una supernova?”, le pregunté a Nora. “Pues no está muy claro… se barajan diferentes posibilidades, pero parece que en algún momento del colapso debería formase en el centro algo parecido a una estrella de neutrones, y cuando el resto de materiales chocan en su superficie se producen unas reacciones inmediatas y muy localizadas de fusión nuclear que causarían la explosión y liberación de rayos Gamma. Después se formaría el agujero negro. Pero nadie sabe lo que ocurre exactamente”.


No olvides la expresión “Gamma-Ray Burst”. Aunque el origen de las explosiones de rayos gamma no esté del todo comprendido, desde hace relativamente poco se han convertido en una nueva herramienta para investigar el Universo. Por un lado, como cualquier otra radiación para averiguar detalles de las fuentes que los emiten. Pero por otro, su enorme intensidad nos permite localizar y estudiar los elementos más lejanos - tanto en tiempo como en distancia- que existen en el Universo. Por ejemplo, el año pasado se detectó el objeto más joven y distante nunca observado: una explosión ocurrida sólo 630 millones de años después del Big Bang, cuyos rayos gamma nos están llegando en la actualidad, y nos permite ver un objeto antiguo y situado a varios centenares de miles de millones de años luz de distancia (8.2 de redshift, era el dato de Nora).



Pasado, presente y futuro en las entrañas de la NASA


Que el equipo de prensa te acompañe por el interior del Goddard Space Flight Center de la NASA es un lujo. Te puedes encontrar con una réplica idéntica del Hubble que utilizan para hacer pruebas en tierra (foto1), o ingenieros trabajando en el telescopio James Webb (foto2) que en 2014 reemplazará al Hubble (extraoficialmente te confiesan que de ninguna manera alcanzarán esta fecha), u otro ingeniero cableando un satélite que monitoreará las lluvias en la Tierra (3), o los enormes tanques de vacío donde reproducen las condiciones del espacio para probar la resistencia de los satélites antes de lanzarlos (4).



Esto es el presente, y el trabajo del día a día. Pero vislumbras el futuro cuando dos entusiasmados investigadores te hablan de su trabajo con LISA, la misión internacional de la NASA y la ESA que cuando se ponga en marcha en algún momento de la década del 2020, podrá detectar ondas gravitacionales y abrirnos toda una nueva perspectiva del cosmos. “Si existen agujeros negros intermedios, LISA los detectará”, me explican, “realmente estudiar ondas gravitacionales será muchísimo más poderoso que cualquier otro nuevo telescopio que ahora podamos lanzar. Significará una manera de observar el Universo tan diferente, que… uff! Quien sabe qué veremos!”



Eso es el futuro. Y te das cuenta de lo mucho que en menos de un siglo ha cambiado nuestra imagen del Universo cuando caminando por un pasillo de la NASA te topas con dos pósters simulando un periódico de 1919 y otro de 1929. En portada del primero, el experimento del eclipse con que Eddington comprobó experimentalmente la relatividad general de Einstein, junto con la edad estimada del universo: infinito, y su tamaño: 300.000 años luz. En la edición del 1929 se mencionan los dos fabulosos descubrimientos de Edwin Hubble: la nebulosa de Andrómeda no formaba parte de nuestra galaxia (hasta ese momento se pensaba que la vía láctea era la única que existía), y el Universo no era estático sino que se estaba expandiendo. Eso implicaba que tuvo un principio, y debía ser mucho mayor. La edad estimada del Universo pasó a ser de 2 mil millones de años, y su tamaño de 280 millones de años luz.



Big Bang, radiación de fondo de microondas, antimateria, anisotropías, materia oscura, agujeros negros, energía oscura, planetas extrasolares… y mucho más, todo ha ido apareciendo más tarde en estas últimas décadas. Impacientes estamos de ver qué nos ofrecerán las venideras.


Qué difícil es no empezar hablando de una cosa y terminar con otra...


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