Label: Articulos Cosmologia
Sucedió el 21 de marzo de 2013. La prensa científica de todo el mundo
se había congregado en la sede parisina de la ESA o se había conectado
online, junto a una multitud de científicos, para presenciar el momento
en que la misión Planck de la ESA revelaría su ‘imagen’ del cosmos. Una
imagen capturada no en luz visible, sino en microondas.
Mientras que la luz que nuestros ojos puede ver está compuesta por
pequeñas longitudes de onda, de menos de una milésima de milímetro, la
radiación que estaba detectando Planck abarcaba longitudes algo mayores,
de unas décimas de milímetro a varios milímetros. Y sobre todo, se
había generado en los albores del Universo.
Esta radiación se conoce colectivamente como fondo cósmico de
microondas. Al medir sus minúsculas diferencias a lo largo del
firmamento, la imagen de Planck era capaz de hablarnos sobre la edad, la
expansión, la historia y el contenido del Universo. Nada más y nada
menos que un primer plano cósmico.
Los astrónomos sabían lo que buscaban. Dos misiones de la NASA, COBE a
principios de los noventa y WMAP durante la década siguiente, ya habían
llevado a cabo una serie de estudios análogos del firmamento que
proporcionaron imágenes similares. Pero carecían de la precisión y la
nitidez de Planck.
La nueva vista mostraría la impronta del Universo temprano con un detalle sin precedentes. Y había mucho en juego.
Si nuestro modelo del Universo era correcto, Planck lo confirmaría
con unos niveles de precisión inauditos. Si el modelo estaba equivocado,
Planck mandaría a los científicos de vuelta a la mesa de dibujo.
Una vez revelada la imagen, los datos confirmaron el modelo.
Respondía con tal precisión a las expectativas que no cabía extraer otra
conclusión: Planck nos mostraba un ‘universo casi perfecto’. Pero ¿por
qué ‘casi’? Porque quedaban algunas anomalías, que se convertirían en el
objetivo de la investigación futura.
Ahora, cinco años después, el Consorcio Planck acaba de publicar los
datos definitivos del legado de Planck. El mensaje de la misión es el
mismo, e incluso se ve reforzado.
“Se trata del legado más importante de Planck —señala Jan Tauber, científico del proyecto Planck de la ESA—. Hasta el momento, el modelo cosmológico estándar ha superado todas las pruebas y Planck ha efectuado las mediciones que lo demuestran”.
Todos los modelos de cosmología se basan en la teoría general de la
relatividad de Albert Einstein. Para reconciliar las ecuaciones de la
relatividad general con un amplio abanico de observaciones, incluidas
las de la radiación cósmica de fondo, el modelo estándar incorpora la
acción de dos componentes desconocidos.
En primer lugar, un componente de materia atractivo, denominado
materia oscura fría y que, a diferencia la materia común, no interactúa
con la luz. En segundo lugar, una forma repulsiva de energía, conocida
como energía oscura, que promueve la actual expansión acelerada del
Universo. Se ha descubierto que son componentes esenciales para explicar
nuestro cosmos junto a la materia común conocida. Pero por el momento
no sabemos qué son exactamente estos componentes exóticos.
Planck se lanzó en 2009 y recopiló datos hasta 2013. El primer
lanzamiento de datos, que mostraba el Universo casi perfecto, tuvo lugar
en la primavera de ese año. Se basaban únicamente en la temperatura de
la radiación cósmica de fondo y solo empleaba los dos primeros estudios
del firmamento de la misión.
Los datos también presentaban pruebas adicionales de una fase muy
temprana de expansión acelerada, denominada inflación, en la primera
minúscula fracción de un segundo en la historia del Universo, durante la
cual surgió el germen de todas las estructuras cósmicas. Al
proporcionar una medida cuantitativa de la distribución relativa de
estas fluctuaciones primigenias, Planck ofreció la confirmación más
clara jamás obtenida del escenario inflacionario.
Además de cartografiar la temperatura del fondo cósmico de microondas
a lo largo de firmamento con una precisión sin precedentes, Planck
también midió su polarización, que indica si la luz vibra en una
dirección preferente. La polarización de la radiación cósmica de fondo
ofrece una huella de la última interacción entre la radiación y las
partículas de materia del Universo temprano, y como tal contiene
información adicional y fundamental sobre la historia del cosmos.
Además, también contiene información sobre los primeros instantes del
Universo y nos proporciona claves para comprender su nacimiento.
En 2015, un segundo lanzamiento de datos recogía todos los datos
recopilados durante la misión, que abarcaba ocho estudios del
firmamento. Incluía la temperatura y la polarización, pero venía con una
advertencia.
“Sabíamos que la calidad de algunos de los datos de polarización no era suficiente para utilizarse en cosmología”, reconoce Jan. Y añade que, por supuesto, eso no les impidió seguir adelante, aunque ciertas conclusiones extraídas en ese momento precisarían de confirmación y, por lo tanto, deberían tratarse con cautela.
Y ese es el gran cambio que aporta este lanzamiento de datos de 2018.
El Consorcio Planck los ha procesado de nuevo. La mayoría de señales
tempranas que exigían precaución han desaparecido. Los científicos ahora
están seguros de que tanto la temperatura como la polarización se han
determinado de forma precisa.
“Estamos convencidos de que podemos obtener un modelo cosmológico
basado únicamente en la temperatura, únicamente en la polarización o
basado en ambas magnitudes. Y todos coinciden”, explica Reno Mandolesi,
principal investigador del instrumento LFI de Planck en la Universidad
de Ferrara (Italia).
“Desde 2015, otros experimentos han ido recopilando más datos astrofísicos y se han llevado a cabo nuevos análisis cosmológicos, combinando observaciones de la radiación cósmica de fondo a pequeñas escalas con observaciones de galaxias, cúmulos galácticos y supernovas, que en la mayoría de casos han mejorado la coherencia con los datos de Planck y el modelo cosmológico que respalda”, añade Jean-Loup Puget, principal investigador del instrumento HFI de Planck en el Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay (Francia).
Se trata de toda una proeza e implica que los cosmólogos pueden estar
seguros de que su descripción del Universo, con materia común, materia
oscura fría y energía oscura, y poblado por estructuras surgidas durante
una fase temprana de expansión inflacionaria, es correcto en su mayor
parte.
Aún quedan por explicar algunas anomalías, o tensiones, como las
llaman los cosmólogos. Una en concreto tiene que ver con la expansión
del Universo. Su velocidad viene dada por la denominada constante de
Hubble.
Para obtener esta constante, los astrónomos normalmente tenían que
observar distancias a lo largo del cosmos y se veían limitados a hacerlo
en el Universo más cercano, midiendo el brillo aparente de determinados
tipos de estrellas variables y estrellas en explosión, cuyo brillo real
se puede estimar de forma independiente. Se trata de una técnica
ampliamente probada y desarrollada a lo largo del último siglo,
descubierta por Henrietta Leavitt y aplicada posteriormente, a finales
de los años veinte, por Edwin Hubble y sus colaboradores, que utilizaron
estrellas variables en galaxias distantes y otras observaciones para
revelar que el Universo se estaba expandiendo.
El valor que los astrónomos derivan de la constante de Hubble
empleando una gran variedad de observaciones punteras, incluidas algunas
del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA (que debe su nombre a
este científico pionero), y más recientemente a la misión Gaia de la
ESA, es de 73,5 km/s/Mpc, con una incertidumbre de tan solo un dos por
ciento. Estas unidades indican la velocidad de la expansión en km/s por
cada millón de pársecs (Mpc) de separación en el espacio, donde un
pársec equivale a 3,26 años luz.
Una segunda forma de calcular la constante de Hubble es usar el
modelo cosmológico coherente con la imagen del fondo cósmico de
microondas, que representa un Universo muy joven, y calcular una
predicción de cuál sería la constante hoy. Al aplicarse a los datos de
Planck, este método nos da un valor menor, de 67,4 km/s/Mpc, con una
mínima incertidumbre, inferior al uno por ciento.
Por un lado, resulta extraordinario que dos formas tan distintas de
derivar la constante de Hubble (una empleando el Universo local y
maduro, y la otra basada en el Universo distante y temprano) ofrezcan
resultados tan cercanos. Por otro, en principio estas dos cifras
deberían coincidir dentro de sus respectivas incertidumbres. Esta es la
tensión, y la pregunta es ¿cómo reconciliarlas?
De ambos lados existe el convencimiento de que los errores que
podrían quedar en sus métodos de medida son demasiado pequeños como para
provocar esta discrepancia. Así que, ¿quizá nuestro entorno cósmico
local tiene alguna peculiaridad que haga que la medición cercana
presente una leve anomalía? Por ejemplo, sabemos que nuestra Galaxia se
halla en una región más bien poco densa del Universo, lo que podría
afectar al valor local de la constante de Hubble.
“No hay una única solución astrofísica satisfactoria que pueda explicar esta discrepancia. Así que puede que exista una nueva física aún por descubrir”, apunta Marco Bersanelli, investigador principal adjunto del instrumento LFI en la Universidad de Milán (Italia).
Como ‘nueva física’ se entiende que una serie de partículas o fuerzas
exóticas podrían influir en los resultados. Sin embargo, por muy
emocionante que suene, los resultados de Planck limitan enormemente esta
posibilidad, ya que encaja a la perfección en la mayoría de
observaciones.
“Es muy difícil añadir una nueva física que resuelva la tensión, pero
que a la vez conserve la descripción precisa del modelo estándar, en la
que ya encaja todo lo demás”, señala François Bouchet, investigador
principal adjunto del instrumento HFI en el Instituto de Astrofísica de
París.
Así pues, nadie ha sido capaz de aportar una explicación
satisfactoria para las diferencias entre las dos mediciones, y la
cuestión sigue sin resolverse.
“Por el momento, no deberíamos hacernos demasiadas ilusiones con encontrar una nueva física: la discrepancia relativamente menor quizá podría explicarse por una combinación de pequeños errores y efectos locales. Pero tenemos que seguir mejorando nuestras mediciones y pensando en formas mejores de explicarla”, advierte Jan.
Este es el legado de Planck: con su Universo casi perfecto, la misión
ha confirmado a los investigadores sus modelos, salvo por un par de
detalles que habrá que resolver. En otras palabras: lo mejor de dos
mundos.
esa
Por primera vez los científicos han podido observar un mismo fenómeno, la fusión de estrellas de neutrones, con telescopios y «escucharlo» con estas distorsiones del espacio-tiempo. El avance revoluciona la ciencia
Recreación del evento observado con ondas gravitacionales y electromagnéticas- NASA/ESA/HUBBLE
Gabriela González, integrante de LIGO que participó en el primer anuncio de ondas gravitacionales, destacó la importancia del trabajo en equipo: «Esto ha sido fruto del esfuerzo de muchos. Estamos muy orgullosos de la colaboración, en varios países, que lo ha hecho posible». No había precedentes de algo así, y quizás podría marcar una nueva tendencia.
En opinión de Marío Diaz, colaborador de LIGO y director del grupo del centro de Astronomía y Ondas Gravitacionales de la Universidad de Texas, en el Valle de Río Grande (EE.UU.), «aún hay mucho por comprender»: «neceistamos más mediciones y observaciones más precisas. Esa rama de la Astronomía ha alcanzado la mayoría de edad, y ahora debe seguir dando pasos».
Grandes misterios por resolver
Si los resultados presentados este lunes son alucinantes, el futuro es aún más prometedor. Tal como explicó a ABC Stuart Saphiro, miembro de LIGO en la universidad de Illinois y experto en la física de estrellas de neutrones, los avances anunciados este lunes son «el santo Grial de la Astrofísica de múltiples mensajeros». Pero, con el tiempo, Saphiro predijo que llegarán muchas cosas más: «se podrán observar la fusión de agujeros negros supermasivos, más fusiones de estrellas de neutrones y la unión de enanas blancas». Todo esto, añadió, «está estrechamente vinculado con la estructura y la evolución de las galaxias y toda la cosmología».
Tal como recordó Shoemaker, todo esto podría resolver algunas grandes preguntas relacionadas con la materia y la energía oscuras. En cuestión de décadas, quizás la sensibilidad y los nuevos observatorios podrán incluso captar las ondas gravitacionales de fondo dejadas por el nacimiento del Big Bang. Esto, de momento, es ciencia ficción. Pero mucho más cerca del Big Bang, en el tiempo y en el espacio, las ondas gravitacionales han comenzado una nueva era. Aliadas con las ondas electromagnéticas y gracias al esfuerzo colaborativo de astrónomos de todo el mundo, la ciencia acaba de dar un salto histórico para desvelar los secretos del Universo. Quién sabe cómo transformará esto el conocimiento y la tecnología humanas.
Corrección, 26 de octubre de 2017: En una versión anterior se dijo que el anuncio realizado en febrero de 2016 correspondía a la primera detección de una onda gravitacional, pero en realidad esto corresponde a la primera detección directa. La primera evidencia experimental de ondas gravitacionales es anterior. En 1978 el científico Joseph H. Taylor Jr. obtuvo pruebas de que los cambios en el período orbital de un púlsar binario concordaban con lo predicho por la Relatividad de Einstein, y según la cual las variaciones en el movimiento se debían a la emisión de ondas gravitacionales. La buena concordancia entre los valores observados y los calculados teóricamente se consideraron como una prueba indirecta de la existencia de ondas gravitacionales. Estos avances le valieron a Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor, Jr, el premio Nobel de Física en el año 1993 por el descubrimiento de un nuevo tipo de púlsar, y por las posibilidades que esto abrió en el estudio de la gravitación.
ABC
El anuncio de la primera detección de ondas gravitacionales, ocurrido en febrero de 2016, fue histórico. Por primera vez se confirmó directamente que estas distorsiones del espacio-tiempo predichas por la Relatividad de Einstein eran una realidad. Por primera vez se comprobó que la tecnología era tan refinada como poder captar unas señales tan sutiles como estas y que, por tanto, ahora podía estudiarse el Universo a través de ellas en vez de con las ondas electromagnéticas (luz, rayos X o gamma), como siempre se ha hecho. Desde entonces, no solo se puede ver el Universo, también se puede «escuchar». Gracias a eso se han detectado hasta el momento la fusión de agujeros negros binarios en cuatro ocasiones, y se ha comenzado a vislumbrar que son más abundantes de lo esperado.
Este lunes, ha ocurrido otro avance tan importante como la primera detección. Los científicos han logrado observar con telescopios y «escuchar» con ondas gravitacionales una misma fuente: en concreto, un evento de fusión de estrellas de neutrones situado en una galaxia «cercana», a 130 millones de años luz. Más de 70 observatorios astronómicos terrestres y espaciales y más de 3.500 científicos de todo el globo han observado esta fusión cuyas ondas gravitacionales se han captado. Gracias a esto se han hecho múltiples descubrimientos relacionados con aspectos muy variados, como el comportamiento de la materia, la generación de átomos pesados en el espacio, el origen de los estallidos de rayos gamma o la tasa de expansión del Universo. Este es hasta ahora uno de los eventos astrofísicos más observados e inaugura una nueva era en la astronomía que durante las próximas décadas se sumergirá en los misterios del Universo. Todos ellos se resumen en una colección de ocho artículos publicados en Physical Review Letters y Nature, y que darán lugar a decenas más en las próximas semanas, meses y años.
Una nueva era en la Astrofísica
En opinión de Alicia Sintes, profesora del grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) y miembro de la colaboración de LIGO que ha participado en estas investigaciones, este es un «hito histórico que marca el comienzo de la astrofísica de múltiples mensajeros». Y añadió: «Este va a ser uno de los eventos más estudiados de la Astrofísica, no hay precedentes. Habrá montones de artículos, y uno de ellos reunirá a 3.500 autores».
Comienza la odisea
La historia de este relevante hallazgo se remonta al 17 de agosto de este año. Pasaban cuatro segundos de las 14.41 (hora española) cuando los dos instrumentos detectores que componen el LIGO, y que están situados en Livingston (Luisiana) y Hanford (Washington), captaron una posible señal de ondas gravitacionales procedentes de la galaxia GW170817, a 130 millones de años luz de la Tierra. Gracias al observatorio de ondas gravitacionales europeo, Virgo, que recientemente había comenzado a operar, pronto se pudo afinar la localización de la fuente de las ondas.
Dos segundos después de la detección de la señal de ondas gravitacionales, el telescopio espacial Fermi captó un estallido de rayos gamma. Los sistemas automáticos consideraron que se estaba ante algo potencialmente interesante y lanzaron una alerta para observatorios a lo largo y ancho del planeta.
Una aguja en un pajar de 50 galaxias
Las ondas gravitacionales permitieron estimar la distancia de la fuente, su masa aproximada y acotar la zona en la que podía estar. A diferencia de lo observado hasta ahora en agujeros negros, donde las ondas apenas duraban un par de segundos, en esta ocasión la onda duró 100 segundos, era más sutil y parecía provenir de una masa similar a 1.1 o 1.6 soles, muy por debajo del tamaño de los agujeros negros detectados antes. «Inmediatamente nos pareció que la fuente podía tratarse de estrellas de neutrones», dijo Shoemaker.
Durante este evento de fusión, las estrellas de neutrones se desgarran. Son objetos extremadamente densos (casi tanto como pueden ser antes de que la materia no soporte la presión y acabe desmoronándose para generar un agujero negro). Se puede decir, sin exagerar, que las estrellas de neutrones son núcleos atómicos inmensos, prácticamente compuestos solo por neutrones. En esta ocasión, las estrellas tenían un diámetro de cerca de 20 kilómetros y una masa equivalente a 1,1 o 1,6 soles. Esto implica que una cucharilla de té con material de una de las estrellas pesaría mil millones de toneladas.
Gracias a las coordenadas dadas por LIGO y Virgo, una gran cantidad de observatorios comenzaron a buscar un punto luminoso en torno a 50 posibles galaxias, como si se tratara de una búsqueda de una aguja en un pajar de magnitudes cósmicas.
Los científicos están sorprendidos por la suerte que han tenido. Esperaban observar este fenómeno a lo largo de esta década, pero no tan pronto y con esta claridad. Gracias a que han estado preparados, han podido ver con nitidez como la fusión de estrella de neutrones desnudaba poco a poco sus secretos. En primer lugar, la fusión emitió un estallido de rayos gamma, lo que ha permitido hacer cálculos para confirmar las predicciones de la Relatividad y confirmar que este evento es origen de los estallidos de rayos gamma (GRBs) de corta duración.
Con el paso de las horas, las semanas e incluso los meses, el evento de fusión siguió emitiendo otras formas de radiación electromagnética que transportaban información sobre distintos aspectos del fenómeno. Primero llegaron los rayos X, luego los ultravioleta, luego la luz visible, luego el infrarrojo y, por último, las ondas de radio. Todo este viaje por el espectro electromagnético ha sido un «regalo» increíble para los científicos.
Gracias a esto, se ha podido observar las consecuencias predichas antes que tiene una «kilonova», un evento nunca antes observado con claridad. En concreto, se han visto las consecuencias de la expulsión del material de las estrellas a enormes velocidades y la consecuente liberación de radiación electromagnética. También se ha observado en funcionamiento del «proceso-r», un fenómeno que provoca la fusión de átomos y genera elementos químicos más pesados que el hierro. De hecho, los científicos han captado allí platino y oro, y así han podido aportar nuevos conocimientos para explicar cómo surgen los elementos pesados en el Universo, cuyo origen también está relacionado con las supernovas.
Este lunes, ha ocurrido otro avance tan importante como la primera detección. Los científicos han logrado observar con telescopios y «escuchar» con ondas gravitacionales una misma fuente: en concreto, un evento de fusión de estrellas de neutrones situado en una galaxia «cercana», a 130 millones de años luz. Más de 70 observatorios astronómicos terrestres y espaciales y más de 3.500 científicos de todo el globo han observado esta fusión cuyas ondas gravitacionales se han captado. Gracias a esto se han hecho múltiples descubrimientos relacionados con aspectos muy variados, como el comportamiento de la materia, la generación de átomos pesados en el espacio, el origen de los estallidos de rayos gamma o la tasa de expansión del Universo. Este es hasta ahora uno de los eventos astrofísicos más observados e inaugura una nueva era en la astronomía que durante las próximas décadas se sumergirá en los misterios del Universo. Todos ellos se resumen en una colección de ocho artículos publicados en Physical Review Letters y Nature, y que darán lugar a decenas más en las próximas semanas, meses y años.
Una nueva era en la Astrofísica
«Esta observación representa el nacimiento de la astrofísica de múltiples mensajeros», ha dicho a ABC Barry Barish, reciente premio Nobel de Física por el descubrimiento de las ondas gravitacionales, para referirse a una nueva disciplina en la que se observarán con ondas electromagnéticas objetos cuyas ondas gravitacionales se «escuchan». «Gracias a esto se han hecho muchos diferentes descubrimientos, como establecer el origen de los estallidos de rayos gamma (GRBs, en inglés), nuevas e independientes medidas de la constante de Hubble o estudiar las estrellas de neutrones con solo los datos de las ondas gravitacionales».
Simulaciones obtenidas con datos de la fusión observada- LIGO
«Este avance es de extrema importancia», explicó a ABC David Shoemaker, portavoz de la colaboración científica de LIGO, el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales que está situado en Estados Unidos, con cuyos dos detectores se captaron estas señales del espacio-tiempo por primera vez. «El hecho de tener un nuevo mensajero para llevar información cambia mucho lo que podemos conseguir. Es mucho más que tener muchos telescopios, ahora tenemos otro tipo de información».
En opinión de Alicia Sintes, profesora del grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) y miembro de la colaboración de LIGO que ha participado en estas investigaciones, este es un «hito histórico que marca el comienzo de la astrofísica de múltiples mensajeros». Y añadió: «Este va a ser uno de los eventos más estudiados de la Astrofísica, no hay precedentes. Habrá montones de artículos, y uno de ellos reunirá a 3.500 autores».
El evento, observado por el Hubble- HUBBLE SPACE TELESCOPE
Aunque muy por detrás de lo que es habitual en los grandes descubrimientos en física de partículas, en los que participa por ejemplo el gran acelerador de partículas (LHC), en esta ocasión las ondas gravitacionales han reunido a físicos y astrónomos de todo el planeta en torno a un mismo fenómeno de la naturaleza. Es sin duda un triunfo del trabajo en equipo.
Comienza la odisea
La historia de este relevante hallazgo se remonta al 17 de agosto de este año. Pasaban cuatro segundos de las 14.41 (hora española) cuando los dos instrumentos detectores que componen el LIGO, y que están situados en Livingston (Luisiana) y Hanford (Washington), captaron una posible señal de ondas gravitacionales procedentes de la galaxia GW170817, a 130 millones de años luz de la Tierra. Gracias al observatorio de ondas gravitacionales europeo, Virgo, que recientemente había comenzado a operar, pronto se pudo afinar la localización de la fuente de las ondas.
Dos segundos después de la detección de la señal de ondas gravitacionales, el telescopio espacial Fermi captó un estallido de rayos gamma. Los sistemas automáticos consideraron que se estaba ante algo potencialmente interesante y lanzaron una alerta para observatorios a lo largo y ancho del planeta.
Los puntos representan los 70 observatorios astronómicos y los tres detectores de ondas gravitacionales que han participado en el hallazgo- LIGO
Una aguja en un pajar de 50 galaxias
Las ondas gravitacionales permitieron estimar la distancia de la fuente, su masa aproximada y acotar la zona en la que podía estar. A diferencia de lo observado hasta ahora en agujeros negros, donde las ondas apenas duraban un par de segundos, en esta ocasión la onda duró 100 segundos, era más sutil y parecía provenir de una masa similar a 1.1 o 1.6 soles, muy por debajo del tamaño de los agujeros negros detectados antes. «Inmediatamente nos pareció que la fuente podía tratarse de estrellas de neutrones», dijo Shoemaker.
Durante este evento de fusión, las estrellas de neutrones se desgarran. Son objetos extremadamente densos (casi tanto como pueden ser antes de que la materia no soporte la presión y acabe desmoronándose para generar un agujero negro). Se puede decir, sin exagerar, que las estrellas de neutrones son núcleos atómicos inmensos, prácticamente compuestos solo por neutrones. En esta ocasión, las estrellas tenían un diámetro de cerca de 20 kilómetros y una masa equivalente a 1,1 o 1,6 soles. Esto implica que una cucharilla de té con material de una de las estrellas pesaría mil millones de toneladas.
Gracias a las coordenadas dadas por LIGO y Virgo, una gran cantidad de observatorios comenzaron a buscar un punto luminoso en torno a 50 posibles galaxias, como si se tratara de una búsqueda de una aguja en un pajar de magnitudes cósmicas.
Los científicos están sorprendidos por la suerte que han tenido. Esperaban observar este fenómeno a lo largo de esta década, pero no tan pronto y con esta claridad. Gracias a que han estado preparados, han podido ver con nitidez como la fusión de estrella de neutrones desnudaba poco a poco sus secretos. En primer lugar, la fusión emitió un estallido de rayos gamma, lo que ha permitido hacer cálculos para confirmar las predicciones de la Relatividad y confirmar que este evento es origen de los estallidos de rayos gamma (GRBs) de corta duración.
Con el paso de las horas, las semanas e incluso los meses, el evento de fusión siguió emitiendo otras formas de radiación electromagnética que transportaban información sobre distintos aspectos del fenómeno. Primero llegaron los rayos X, luego los ultravioleta, luego la luz visible, luego el infrarrojo y, por último, las ondas de radio. Todo este viaje por el espectro electromagnético ha sido un «regalo» increíble para los científicos.
Con el paso del tiempo se captaron distintas formas de radiación electromagnética- LIGO
Gracias a esto, se ha podido observar las consecuencias predichas antes que tiene una «kilonova», un evento nunca antes observado con claridad. En concreto, se han visto las consecuencias de la expulsión del material de las estrellas a enormes velocidades y la consecuente liberación de radiación electromagnética. También se ha observado en funcionamiento del «proceso-r», un fenómeno que provoca la fusión de átomos y genera elementos químicos más pesados que el hierro. De hecho, los científicos han captado allí platino y oro, y así han podido aportar nuevos conocimientos para explicar cómo surgen los elementos pesados en el Universo, cuyo origen también está relacionado con las supernovas.
Recreación del evento observado con ondas gravitacionales y electromagnéticas- NASA/ESA/HUBBLE
Esta gran observación de múltiples mensajeros, ondas electromagnéticas y ondas gravitacionales, también ha permitido aprender mucho sobre el funcionamiento de las estrellas de neutrones. Además, se han hecho medidas interesantes para comprender con qué velocidad se expande el Universo: de hecho, por primera vez se han hecho cálculos independientes, sin telescopios, de qué valor tiene la constante de Hubble, ese parámetro que mide la tasa de expansión del cosmos.
Gabriela González, integrante de LIGO que participó en el primer anuncio de ondas gravitacionales, destacó la importancia del trabajo en equipo: «Esto ha sido fruto del esfuerzo de muchos. Estamos muy orgullosos de la colaboración, en varios países, que lo ha hecho posible». No había precedentes de algo así, y quizás podría marcar una nueva tendencia.
En opinión de Marío Diaz, colaborador de LIGO y director del grupo del centro de Astronomía y Ondas Gravitacionales de la Universidad de Texas, en el Valle de Río Grande (EE.UU.), «aún hay mucho por comprender»: «neceistamos más mediciones y observaciones más precisas. Esa rama de la Astronomía ha alcanzado la mayoría de edad, y ahora debe seguir dando pasos».
Grandes misterios por resolver
Si los resultados presentados este lunes son alucinantes, el futuro es aún más prometedor. Tal como explicó a ABC Stuart Saphiro, miembro de LIGO en la universidad de Illinois y experto en la física de estrellas de neutrones, los avances anunciados este lunes son «el santo Grial de la Astrofísica de múltiples mensajeros». Pero, con el tiempo, Saphiro predijo que llegarán muchas cosas más: «se podrán observar la fusión de agujeros negros supermasivos, más fusiones de estrellas de neutrones y la unión de enanas blancas». Todo esto, añadió, «está estrechamente vinculado con la estructura y la evolución de las galaxias y toda la cosmología».
Tal como recordó Shoemaker, todo esto podría resolver algunas grandes preguntas relacionadas con la materia y la energía oscuras. En cuestión de décadas, quizás la sensibilidad y los nuevos observatorios podrán incluso captar las ondas gravitacionales de fondo dejadas por el nacimiento del Big Bang. Esto, de momento, es ciencia ficción. Pero mucho más cerca del Big Bang, en el tiempo y en el espacio, las ondas gravitacionales han comenzado una nueva era. Aliadas con las ondas electromagnéticas y gracias al esfuerzo colaborativo de astrónomos de todo el mundo, la ciencia acaba de dar un salto histórico para desvelar los secretos del Universo. Quién sabe cómo transformará esto el conocimiento y la tecnología humanas.
Corrección, 26 de octubre de 2017: En una versión anterior se dijo que el anuncio realizado en febrero de 2016 correspondía a la primera detección de una onda gravitacional, pero en realidad esto corresponde a la primera detección directa. La primera evidencia experimental de ondas gravitacionales es anterior. En 1978 el científico Joseph H. Taylor Jr. obtuvo pruebas de que los cambios en el período orbital de un púlsar binario concordaban con lo predicho por la Relatividad de Einstein, y según la cual las variaciones en el movimiento se debían a la emisión de ondas gravitacionales. La buena concordancia entre los valores observados y los calculados teóricamente se consideraron como una prueba indirecta de la existencia de ondas gravitacionales. Estos avances le valieron a Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor, Jr, el premio Nobel de Física en el año 1993 por el descubrimiento de un nuevo tipo de púlsar, y por las posibilidades que esto abrió en el estudio de la gravitación.
ABC
Todos los experimentos han dado la razón a
este científico ruso que hace 30 años calculó con lápiz y papel cómo
fueron los orígenes del Cosmos
El cosmólogo Viatcheslav Mukhanov (Kanash, antigua URSS, 1952) habla alto y claro, en todos los sentidos. Vehemente e impetuoso, escucharle es todo un espectáculo; por su discurso rápido, rotundo y fulminante, la energía que desprende su voz y un acento que suena en inglés, y en esto hay cierta ternura, a un malo de las películas de James Bond. Con la misma pasión habla del Big Bang, cita a San Agustín o muestra su rechazo a la política de Vladímir Putin. Este catedrático de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich (Alemania) tuvo hace treinta años una idea brillante que también se le ocurrió a Stephen Hawking. Con toda seguridad el nombre del británico le sonará mucho más, pero ambos llegaron de forma independiente a la misma conclusión: las galaxias, las estrellas, los planetas... todo se formó a partir de un fenómeno microscópico llamado fluctuaciones cuánticas, generadas después del Big Bang. Y tenían razón, dice el científico ruso, «punto por punto». De eso ha hablado en la inauguración de una nueva edición del ciclo de conferencias científicas en Madrid. La suya se titulaba «De la nada al Universo».
-Entonces, ¿toda la materia surgió de la nada?
-El hecho de que el Universo se origine de la nada no contradice ninguna ley física. En eso incluso estaban de acuerdo los teólogos antes del Medioevo, pero entonces eran palabras y ahora son hechos confirmados experimentalmente. El Universo surgió de la nada y si me pregunta qué había antes...
-¿Qué había?
-La pregunta no tiene sentido, porque el tiempo también fue creado cuando surgió el Universo. San Agustín decía esto mismo.
-Cita a San Agustín... ¿Dios tiene un espacio en esa ecuación?
-Yo diría que las leyes de la física lo explican todo. Ahora, quién es el creador de esas leyes, eso es otra cosa. Es una pregunta abierta.
-Si esto ha sucedido una vez, ¿pudo suceder más veces? ¿Puede volver a suceder?
-Sí, podemos tener múltiples universos. De hecho, no parece una idea nada loca, pero esa tesis está fuera de la física, porque no es una conclusión sin ambigüedad y no sabemos cómo verificarlo. La física se encarga solo de las cosas que se pueden verificar, y la cosmología, gracias a la experimentación de los últimos años, es parte de ella, una ciencia natural.
-Los experimentos sí han confirmado los cálculos que usted hizo una vez con lápiz y papel.
-Durante los últimos 25 años ha habido 70 experimentos que nos han dado la imagen del Universo cuando tenía solo 300.000 años de edad; apenas un «bebé», ya que ahora es muy viejo, tiene 13.700 millones de años. Pues bien, esa «foto» del Cosmos se solapa perfectamente con lo que yo dibujé hace treinta años. Son la misma imagen.
-¿Y no hay nada que le haya sorprendido, algo que no encajara en sus cálculos?
-Lo más sorprendente es que no hubo sorpresa. Todo fue confirmado. Era asombroso que las imágenes coincidieran. Todos los experimentalistas intentaban buscar desviaciones y anomalías, pero finalmente todo coincidía. Era exactamente igual.
-¿Qué experimento fue el definitivo, con el que ya no cabían dudas?
-La última palabra la ha dado la sonda Planck (telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea), su contribución es tremenda, enorme, ya que gracias a ella los científicos pudieron establecer la imagen más completa del Universo. El experimento fue 500 veces más sensible comparado con otros anteriores, como el WMAP (Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson, de la NASA). Con Planck no se puede ir más allá, no se puede mejorar más.
-No puede haber mayor satisfacción para un científico que le den la razón de esa forma...
-Por supuesto. Fue una satisfacción enorme. Fíjate que en los 80 estaba en completa contradicción con todas las observaciones astrofísicas en aquel momento, pero lo que parecía una mala teoría finalmente ganó.
-Y esa teoría hablaba de algo diminuto para explicar las estructuras más grandes conocidas. ¿Cómo es eso?
-Sí, cuando el Universo era recién nacido, el comportamiento de la materia estaba afectado por la mecánica cuántica, que prohíbe el estado de reposo absoluto. La mínima desviación del estado de reposo se llama fluctuación cuántica y, debido a ella, se formarían «semillas» de materia que, por la gravedad, acabarían convirtiéndose en galaxias, estrellas y planetas. Todo eso estaba localizado en algo aún más pequeño que una caja de cerillas. Luego, la mecánica cuántica es también responsable del origen de nuestra propia vida.
-¿Cabe una teoría sobre el Cosmos que no tenga en cuenta el Big Bang?
-No, pero llamémosle mejor Universo en expansión. Hemos esclarecido la razón del Big Bang y era un estado de dominación de la energía oscura. Hace 40 años pensábamos que producir un universo era muy difícil, hoy sabemos que es una tarea fácil si tienes la materia en el estado adecuado.
-El último gran descubrimiento de la cosmología son las ondas gravitacionales. Todo el mundo parece fascinado con ellas, ¿usted también?
-Sí, todo el mundo lo está, y, en efecto, es una nueva ventana abierta al Universo y hay que ir por ese camino, pero creo que el anuncio se hizo demasiado pronto. No hay estadística, y la interpretación de los eventos puede prestarse a sospechas. Parece complicado que esas ondas hayan sido producidas por la fusión de dos agujeros negros de 30 masas solares. No pondría la mano en el fuego por esa interpretación. Quizás pueda ser otra cosa, el agujero en el centro de la galaxia, pero no lo sé.
-¿Cree que los científicos de LIGO (el laboratorio que anunció el descubrimiento de las ondas gravitacionales) se precipitaron?
-Sí, yo hubiera esperado a una confirmación más cuidadosa. No se puede declarar victoria antes de confirmarla realmente. Creo que el anuncio fue demasiado exagerado y se «vendió» muy bien, la forma habitual por parte de los americanos para conseguir dinero y seguir haciendo ciencia. Debemos aprender algo de lo que pasó con el experimento BICEP2 hace dos años, que falló al anunciar el descubrimiento de estas ondas. Hay una tendencia a vender demasiado bien los logros.
-Usted llegó a las mismas conclusiones que Hawking sobre las fluctuaciones cuánticas. ¿Siempre está de acuerdo con él?
-No. Los científicos pensamos de forma diferente, no tenemos que estar en completo acuerdo y esa es una de las razones del progreso de la ciencia. Stephen (con quien compartió el Premio Fronteras del Conocimiento 2015 en Ciencias Básicas que otorga la Fundación BBVA) también un día se puso en desacuerdo consigo mismo y se desdijo. Y eso es importante. En investigación no se puede tener una opinión inamovible.
-Ha trabajado con los científicos que desarrollaron la bomba atómica. ¿Cómo fue?
-Sí, trabajé con varios. Zeldóvich, uno de los principales investigadores de la bomba nuclear, con todos sus secretos; el disidente Sacharov, que luego recibió el Nobel de la Paz, y Ginzburg, que propuso una de las ideas básicas de la bomba de hidrógeno. Pero ninguno de ellos hablaba de eso, porque era supersecreto.
-Suena apasionante, pero peligroso.
-Sí, pero mira, la física nuclear salvó a los físicos de los filósofos. En la época de Stalin, los filósofos decidían lo que deberían hacer o decir los físicos, con ideas como si la mecánica cuántica estaba de acuerdo con el marxismo leninismo o no... Podías ser atacado si te equivocabas, y eso significaba que al día siguiente o bien te mataban o te llevaban a un campo de concentración.
-Qué angustia...
-Pero en el 48, los físicos advirtieron que no podían garantizar la construcción de bombas nucleares con esa presión, así que les dejaron en paz. La ideología es una mala influencia cuando se mete en las ciencias naturales, en particular en la antigua Unión Soviética. Cuando lees lo que sucedía hace no tanto tiempo, hace menos de cien años, no te puedes imaginar que la gente pudiera comportarse así, mucho peor que las peores bestias.
-¿Cómo ve la ciencia ahora en su país de origen?
Yo me fui de Rusia en el año 92. Tengo amigos y colaboradores de siempre, pero no proyectos en común. No puedo hablar desde dentro, pero por lo que veo no creo que el gobierno ruso esté cuidando las ciencias. En general, los gobiernos no entienden que, en realidad, ahorran dinero cuando invierten en ciencia. En Italia, España o Francia, los investigadores se quejan por los recortes de los fondos. Creo que es una política ridícula. En Alemania, donde yo vivo y trabajo, Angela Merkel es física y sabe lo importante que es la ciencia. Allí la situación es la opuesta. A veces hay demasiado dinero y no sabes en qué proyecto invertirlo. Pero si piensas en lo que ha costado aquí salvar los bancos, que ha requerido enormes inversiones, lo de la ciencia no es nada. Y eso comparado con la cantidad de dinero que la gente en la ex Unión Soviética ha robado... Y mira el fútbol, cuánto se invierte y cuál es el resultado práctico de esa actividad, que es igual que jugar en un casino.
-Entonces, ¿toda la materia surgió de la nada?
-El hecho de que el Universo se origine de la nada no contradice ninguna ley física. En eso incluso estaban de acuerdo los teólogos antes del Medioevo, pero entonces eran palabras y ahora son hechos confirmados experimentalmente. El Universo surgió de la nada y si me pregunta qué había antes...
-¿Qué había?
-La pregunta no tiene sentido, porque el tiempo también fue creado cuando surgió el Universo. San Agustín decía esto mismo.
-Cita a San Agustín... ¿Dios tiene un espacio en esa ecuación?
-Yo diría que las leyes de la física lo explican todo. Ahora, quién es el creador de esas leyes, eso es otra cosa. Es una pregunta abierta.
-Si esto ha sucedido una vez, ¿pudo suceder más veces? ¿Puede volver a suceder?
-Sí, podemos tener múltiples universos. De hecho, no parece una idea nada loca, pero esa tesis está fuera de la física, porque no es una conclusión sin ambigüedad y no sabemos cómo verificarlo. La física se encarga solo de las cosas que se pueden verificar, y la cosmología, gracias a la experimentación de los últimos años, es parte de ella, una ciencia natural.
-Los experimentos sí han confirmado los cálculos que usted hizo una vez con lápiz y papel.
-Durante los últimos 25 años ha habido 70 experimentos que nos han dado la imagen del Universo cuando tenía solo 300.000 años de edad; apenas un «bebé», ya que ahora es muy viejo, tiene 13.700 millones de años. Pues bien, esa «foto» del Cosmos se solapa perfectamente con lo que yo dibujé hace treinta años. Son la misma imagen.
-¿Y no hay nada que le haya sorprendido, algo que no encajara en sus cálculos?
-Lo más sorprendente es que no hubo sorpresa. Todo fue confirmado. Era asombroso que las imágenes coincidieran. Todos los experimentalistas intentaban buscar desviaciones y anomalías, pero finalmente todo coincidía. Era exactamente igual.
-¿Qué experimento fue el definitivo, con el que ya no cabían dudas?
-La última palabra la ha dado la sonda Planck (telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea), su contribución es tremenda, enorme, ya que gracias a ella los científicos pudieron establecer la imagen más completa del Universo. El experimento fue 500 veces más sensible comparado con otros anteriores, como el WMAP (Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson, de la NASA). Con Planck no se puede ir más allá, no se puede mejorar más.
-No puede haber mayor satisfacción para un científico que le den la razón de esa forma...
-Por supuesto. Fue una satisfacción enorme. Fíjate que en los 80 estaba en completa contradicción con todas las observaciones astrofísicas en aquel momento, pero lo que parecía una mala teoría finalmente ganó.
-Y esa teoría hablaba de algo diminuto para explicar las estructuras más grandes conocidas. ¿Cómo es eso?
-Sí, cuando el Universo era recién nacido, el comportamiento de la materia estaba afectado por la mecánica cuántica, que prohíbe el estado de reposo absoluto. La mínima desviación del estado de reposo se llama fluctuación cuántica y, debido a ella, se formarían «semillas» de materia que, por la gravedad, acabarían convirtiéndose en galaxias, estrellas y planetas. Todo eso estaba localizado en algo aún más pequeño que una caja de cerillas. Luego, la mecánica cuántica es también responsable del origen de nuestra propia vida.
-¿Cabe una teoría sobre el Cosmos que no tenga en cuenta el Big Bang?
-No, pero llamémosle mejor Universo en expansión. Hemos esclarecido la razón del Big Bang y era un estado de dominación de la energía oscura. Hace 40 años pensábamos que producir un universo era muy difícil, hoy sabemos que es una tarea fácil si tienes la materia en el estado adecuado.
-El último gran descubrimiento de la cosmología son las ondas gravitacionales. Todo el mundo parece fascinado con ellas, ¿usted también?
-Sí, todo el mundo lo está, y, en efecto, es una nueva ventana abierta al Universo y hay que ir por ese camino, pero creo que el anuncio se hizo demasiado pronto. No hay estadística, y la interpretación de los eventos puede prestarse a sospechas. Parece complicado que esas ondas hayan sido producidas por la fusión de dos agujeros negros de 30 masas solares. No pondría la mano en el fuego por esa interpretación. Quizás pueda ser otra cosa, el agujero en el centro de la galaxia, pero no lo sé.
-¿Cree que los científicos de LIGO (el laboratorio que anunció el descubrimiento de las ondas gravitacionales) se precipitaron?
-Sí, yo hubiera esperado a una confirmación más cuidadosa. No se puede declarar victoria antes de confirmarla realmente. Creo que el anuncio fue demasiado exagerado y se «vendió» muy bien, la forma habitual por parte de los americanos para conseguir dinero y seguir haciendo ciencia. Debemos aprender algo de lo que pasó con el experimento BICEP2 hace dos años, que falló al anunciar el descubrimiento de estas ondas. Hay una tendencia a vender demasiado bien los logros.
-Usted llegó a las mismas conclusiones que Hawking sobre las fluctuaciones cuánticas. ¿Siempre está de acuerdo con él?
-No. Los científicos pensamos de forma diferente, no tenemos que estar en completo acuerdo y esa es una de las razones del progreso de la ciencia. Stephen (con quien compartió el Premio Fronteras del Conocimiento 2015 en Ciencias Básicas que otorga la Fundación BBVA) también un día se puso en desacuerdo consigo mismo y se desdijo. Y eso es importante. En investigación no se puede tener una opinión inamovible.
-Ha trabajado con los científicos que desarrollaron la bomba atómica. ¿Cómo fue?
-Sí, trabajé con varios. Zeldóvich, uno de los principales investigadores de la bomba nuclear, con todos sus secretos; el disidente Sacharov, que luego recibió el Nobel de la Paz, y Ginzburg, que propuso una de las ideas básicas de la bomba de hidrógeno. Pero ninguno de ellos hablaba de eso, porque era supersecreto.
-Suena apasionante, pero peligroso.
-Sí, pero mira, la física nuclear salvó a los físicos de los filósofos. En la época de Stalin, los filósofos decidían lo que deberían hacer o decir los físicos, con ideas como si la mecánica cuántica estaba de acuerdo con el marxismo leninismo o no... Podías ser atacado si te equivocabas, y eso significaba que al día siguiente o bien te mataban o te llevaban a un campo de concentración.
-Qué angustia...
-Pero en el 48, los físicos advirtieron que no podían garantizar la construcción de bombas nucleares con esa presión, así que les dejaron en paz. La ideología es una mala influencia cuando se mete en las ciencias naturales, en particular en la antigua Unión Soviética. Cuando lees lo que sucedía hace no tanto tiempo, hace menos de cien años, no te puedes imaginar que la gente pudiera comportarse así, mucho peor que las peores bestias.
-¿Cómo ve la ciencia ahora en su país de origen?
Yo me fui de Rusia en el año 92. Tengo amigos y colaboradores de siempre, pero no proyectos en común. No puedo hablar desde dentro, pero por lo que veo no creo que el gobierno ruso esté cuidando las ciencias. En general, los gobiernos no entienden que, en realidad, ahorran dinero cuando invierten en ciencia. En Italia, España o Francia, los investigadores se quejan por los recortes de los fondos. Creo que es una política ridícula. En Alemania, donde yo vivo y trabajo, Angela Merkel es física y sabe lo importante que es la ciencia. Allí la situación es la opuesta. A veces hay demasiado dinero y no sabes en qué proyecto invertirlo. Pero si piensas en lo que ha costado aquí salvar los bancos, que ha requerido enormes inversiones, lo de la ciencia no es nada. Y eso comparado con la cantidad de dinero que la gente en la ex Unión Soviética ha robado... Y mira el fútbol, cuánto se invierte y cuál es el resultado práctico de esa actividad, que es igual que jugar en un casino.
«El nacionalismo es volver a la Edad de Piedra»
ABC
El padre del Big Bang, Georges Lemaître, fue sacerdote además de formidable matemático
Todos tenían razón y todos estaban equivocados
Sabido es que ciencia y religión nunca han mezclado demasiado bien. Hubo un tiempo, ya lejano, en el que conciliar ambos términos era no sólo recomendable, sino casi obligatorio. Y, si no, que le pregunten a las cenizas de Giordano Bruno o a su compatriota Galileo, conminado muy a su pesar a recolocar la Tierra en el centro del Universo cuando ésta ya había encontrado su lugar. Si los católicos lo pasaban mal, mejor no les iba a los protestantes y así, Kepler, coetáneo de los anteriores, a punto estuvo de ver a su madre arder en la hoguera igual que al fantasioso de Bruno por su supuesta brujería.
Sin embargo, no siempre los prejuicios circulan en el mismo sentido. Incluso en tiempos más recientes.
Tal vez un ejemplo de ello sea el físico y matemático belga Georges Lemaître. Apenas un cráter en la Luna y el nombre de un vehículo espacial de la ESA –el ATV5, ya igualmente convertido en cenizas– nos lo recuerdan. Y eso que estamos hablando del hombre que se atrevió a corregir –educadamente, eso sí– al mismísimo Albert Einstein, prediciendo lo que más tarde Edwin Hubble comprobaría con los telescopios de Monte Wilson: la expansión del Universo. Lo que hoy todos conocemos como el Big Bang.
Nunca se podrá reducir el Ser Supremo a una hipótesis científica"
Lemaître nació en Charleroi (Bélgica) en 1894. Apasionado por las ciencias y la ingeniería, tuvo que interrumpir sus estudios con veinte años para defender a su país, inmerso en la Primera Guerra Mundial, siendo incluso condecorado como oficial de artillería. No debió de gustarle nada lo que allí vivió y, horrorizado, decidió tomar los hábitos y ordenarse sacerdote. Corría el año 1923. Pero Lemaître no abandonó su primera vocación. Su formación académica en física y matemáticas fue formidable, comenzando por su paso por la Universidad de Cambridge y terminando con su doctorado en el todavía mítico MIT estadounidense, institución en la que se doctoraría.
Poco después –en el año 1927– publicaría en una revista local el esbozo de su modelo de universo. Partiendo de los postulados de Einstein –un cosmos estático de masa constante– llega a un resultado totalmente diferente: el radio del universo tenía que crecer de forma continua para ser estable. Al enterarse, el genio alemán rechaza la idea con virulencia: "Sus cálculos son correctos, pero el modelo físico es atroz". Y eso que Lemaître siempre haría uso de la famosa constante cosmológica inventada por el propio Einstein, de la que más tarde el alemán renegaría con mayor vehemencia incluso que la utilizada por Galileo para escapar de la pira purificadora. En 1931 su trabajo alcanza las páginas de Nature, y en él se detalla su teoría completa del ‘átomo primigenio’ o ‘huevo cósmico’, derivándose de entre sus líneas lo que luego daría en llamarse exclusivamente Ley de… Hubble.
Einstein, agnóstico, recelaba del cura belga. Pero lo admiraba
Einstein y Lemaître coincidirían en varias ocasiones. Einstein, agnóstico, recelaba del cura belga, puesto que su modelo cosmológico lógicamente arrastraba a un origen ¿divino? en el espacio-tiempo, y eso no le gustaba ni a él ni a muchos astrofísicos. Pero lo admiraba. En una ocasión, durante una estancia en Bruselas y disertando ante un erudito auditorio, Einstein espetó: "Supongo que no habrán entendido nada, a excepción claro está del abate Lemaître". En territorio comanche, juntos en Princeton, Einstein también dejaría caer al oír predicar a su colega belga: "Ésta [por Lemaître] es la más hermosa explicación de la Creación que nunca haya escuchado". Otra cosa es que hablara realmente en serio.
Como es natural, la fama de Lemaître no tardó en llegar al Vaticano. A pesar de los despectivos intentos del tan brillante como lenguaraz Fred Hoyle y los seguidores de la teoría del universo estacionario –el mismo Hoyle, durante un programa de radio de la BBC, bautizaría con bastante mala intención la teoría de Lemaître como Big Bang en 1949–, el modelo de universo en permanente expansión era imparable. Georges Lemaître ocuparía durante su vida distintos cargos en la Academia Pontificia de las Ciencias, siendo asesor personal del papa Pío XII. Y éste no quería dejar pasar semejante oportunidad. Si el Universo tiene 13.700 millones de años, ¿importaría mucho que se creara en los siete días bíblicos o en poco más de 10-35 segundos? Con gran pesar de Pío XII –que, curiosamente, fue elogiado por Einstein en su defensa de los judíos durante la Segunda Guerra Mundial–, Lemaître huyó de explotar la ciencia en beneficio de la religión. Suyas son las palabras:
Tras escuchar a Lemaître, el prudente Pío XII abandonó la idea de hacer del Big Bang un dogma de fe
"El científico cristiano tiene los mismos medios que su colega no creyente. También tiene la misma libertad de espíritu, al menos si la idea que se hace de las verdades religiosas está a la altura de su formación científica. Sabe que todo ha sido hecho por Dios, pero sabe también que Dios no sustituye a sus criaturas. Nunca se podrá reducir el Ser Supremo a una hipótesis científica. Por tanto, el científico cristiano va hacia adelante libremente, con la seguridad de que su investigación no puede entrar en conflicto con su fe". Tras escuchar a Lemaître, el prudente Pío XII abandonó la idea de hacer del Big Bang un dogma de fe. Georges Lemaître falleció en 1966, sólo dos años después del hallazgo irrefutable de la radiación del fondo de microondas, el eco proveniente del origen del Universo, de su Big Bang. Quizá su nombre pintado en la chapa de un carguero espacial no haga justicia suficiente a una mente —creyente o no— divina.
EL PAIS
El radiotelescopio ALMA acaba de
captar uno de los casos más perfectos y espectaculares del fenómeno
conocido como 'anillos de Einstein'. La galaxia azulada en el centro de
la imagen actúa como una lente gravitacional que amplifica y distorsiona
la imagen de otra galaxia rojiza que se encuentra exactamente detrás de
la primera, pero muchísimo más lejos. El buen alineamiento entre las
dos galaxias hace que la luz de la más distante forme un anillo casi
completo en torno a la más próxima.
Un gigantesco telescopio natural
Cuando dos galaxias se encuentran en nuestra misma línea de mirada
podemos asistir a uno de los fenómenos más espectaculares de la
naturaleza: lo que se denomina una 'lente gravitacional'.
Esquema de lente gravitacional
NASA/ESA J. Richard (Caltech)
Este fenómeno se ilustra en la figura adjunta, en la que la esfera
azul representa a la Tierra y la esfera anaranjada a una galaxia cercana
que se encuentra bien alineada con la galaxia espiral más lejana. La
teoría de la relatividad general de Einstein predice que la galaxia
cercana distorsiona las líneas del espacio-tiempo, lo que se representa
con la malla amarilla de su entorno. Los rayos de luz emitidos por la
galaxia lejana se curvan siguiendo esta malla que los redirige hacia la
Tierra.
Los observadores en la Tierra veremos una imagen muy deformada de la
galaxia más distante: normalmente unos arcos luminosos en torno a la
imagen de la galaxia cercana.
Es un fenómeno similar al que se produce cuando observamos una luz a
través del fondo de un vaso con líquido y vemos la imagen deformada de
la fuente luminosa. La galaxia más próxima actúa como una lente colosal
que redirige los rayos de la luz emitida detrás para crear una imagen
distorsionada. Se trata de una especie de gigantesco telescopio
proporcionado por la propia naturaleza.
Otra acertada predicción de Einstein
El fenómeno de lente gravitacional fue predicho por el propio Albert
Einstein poco después del enunciado de la relatividad general, teoría de
la que celebramos en este año su centenario. Por eso las figuras
circulares resultantes reciben el nombre de 'anillos de Einstein'. El
gran físico estimaba que se trataba de un fenómeno muy sutil y dudaba de
que pudiese llegar un día en que se observarse por lo que, más que una
herramienta de trabajo, lo consideró una mera curiosidad.
Sin embargo, gracias al progreso de la observación astronómica se
conocen hoy centenares de lentes gravitacionales. Muchas de tales lentes
tienen la forma bien circular, aunque casi siempre incompleta, de los
anillos de Einstein. Los anillos bien circulares y completos son raros,
pues solo se forman cuando las dos galaxias se encuentran exactamente
sobre la misma línea de mirada desde la Tierra.
Arcos de Einstein en el cúmulo A2218
NASA,ESA, A. Fruchter & A. Kelly
Cuando hay varios objetos en la misma línea de mirada se producen
arcos múltiples, más o menos centrados sobre la lente dependiendo del
alineamiento relativo. Muchos de estos anillos de Einstein se detectan
bien mediante observaciones en radioastronomía.
Una mirada al joven Universo
Emisión del polvo en SDP.81, récord de nitidez con ALMA
ALMA/ESO/NRAO/NAOJ
Entre septiembre y diciembre del año pasado, ALMA
estuvo realizando las primeras observaciones con las antenas del
interferómetro separadas por distancias de hasta 15 kilómetros. Para comparación, hay que tener en cuenta que los demás
observatorios de este tipo de ondas tienen sus antenas separadas por
distancias menores de 2 kilómetros. Estas grandes líneas de base
proporcionan la altísima nitidez que es precisa para obtener la imagen
tan detallada de la galaxia SDP.81 que encabeza este artículo y que es
la de mayor resolución angular lograda por ALMA hasta la fecha: 23
milésimas de segundo de arco.
Situada a unos 12 mil millones de años luz de distancia, la joven
galaxia SDP.81 contiene grandes cantidades de polvo, gas molecular e
intensa formación estelar. Su intensa emisión en ondas submilimétricas
propició que fuese descubierta por el Observatorio Espacial de
Infrarrojos Herschel de la ESA y hace ahora que pueda ser detectada
fácilmente por ALMA. En contraste, la galaxia más próxima, que amplifica
y distorsiona la luz de la primera, se encuentra a 'tan solo' 4 mil
millones de años luz y es bien observable en el óptico por el telescopio
espacial Hubble.
Imagen combinada con emisiones del polvo y del monóxido de carbono
ALMA/ESO/NRAO/NAOJ
Realmente ALMA ha producido varias imágenes de SDP.81. La de mayor
nitidez se obtuvo observando la emisión de las pequeñas partículas
sólidas repartidas por la galaxia. Este polvo se encuentra contenido en
grandes nubes de gas molecular constituidas principalmente por
hidrógeno, que no es emisor intenso. Otras moléculas de estas nubes,
como el dióxido de carbono y el agua, sí que emiten lo suficiente como
para poder estudiar su distribución en la galaxia lejana. Debido al
tiempo que tarda la luz en llegar desde la remota SDP.81 hasta la
Tierra, y gracias al efecto de lente gravitacional, ALMA nos permite
observar una galaxia tal y como era cuando el Universo era muy joven,
pues apenas tenía el 15% de su edad actual. Resulta muy significativo
constatar que el Universo aún tan joven ya poseía grandes cantidades de
carbono y agua.
También interesante
- Los resultados obtenidos por ALMA sobre SDP.81 ya han dado lugar a dos publicaciones científicas que pueden ser consultadas aquí y aquí.
- La primera lente gravitacional se observó en 1979 cuando los astrónomos Kyongae Chang y Sjur Refsdal midieron variaciones en el brillo de un cuásar lejano producidas por el efecto de las estrellas individuales de una galaxia cercana.
- El poder de resolución obtenido por ALMA en la observación del anillo polvoriento de SDP.81 (23 milisegundos de arco) es el mismo que sería necesario para, por ejemplo, poder ver el aro de una canasta de baloncesto puesta sobre la torre Eiffel desde lo alto del Empire State Building en Nueva York.
ELMUNDO
Los resultados de Planck 2015 están en perfecto acuerdo con el modelo cosmológico ΛCDM. Hoy en día un 5% de la densidad de energía total del universo corresponde a la materia (bariónica), un 27% a la materia oscura y un 68% a la energía oscura. Desde 1998 el modelo ΛCDM modela la energía oscura mediante la constante cosmológica Λ introducida por Albert Einstein en 1917. Todos los datos cosmológicos de los últimos 20 años ratifican esta hipótesis. Sin embargo hay muchos otros modelos teóricos alternativos.
La colaboración Planck también ha estudiado el efecto de posibles modificaciones de la gravedad. En ambos casos, las alternativas al modelo ΛCDM (que asume la gravedad de Einstein) requieren introducir parámetros adicionales. Por ello, la incertidumbre estadística es grande. Aún así, no hay indicios claros de que ninguna de estas alternativas sea mejor que el modelo ΛCDM y la navaja de Ockham prefiere el modelo con menor número de parámetros libres. Los interesados en los detalles técnicos disfrutarán con el artículo Planck Collaboration, “Planck 2015 results. XIV. Dark energy and modified gravity,” arXiv:1502.01590 [astro-ph.CO].
Para estudiar la energía hay que estudiar su ecuación de estado 
, donde 
es la presión y 
la densidad de energía. Para la constante cosmológica 
. Por supuesto, la ecuación de estado puede variar con el tiempo. Se asume una métrica plana 
, donde es la presión y la densidad de energía. Para la constante cosmológica . Por supuesto, la ecuación de estado puede variar con el tiempo. Se asume una métrica plana
donde 
y 
son potenciales gravitacionales. Y una ecuación de estado variable 
, donde 
y 
son la presión y densidad de energía promedio.
y son potenciales gravitacionales. Y una ecuación de estado variable , donde y son la presión y densidad de energía promedio. 
El artículo de Planck discute seis modelos o parametrizaciones para la energía oscura. Me limitaré a comentar los tres que me parecen más interesantes (los interesados en los otros tres pueden consultar el artículo de Planck 2015). El modelo más sencillo aproxima la ecuación de estado de forma lineal 
, como ocurre en la mayoría de los modelos de quintaesencia. Las dos figuras de arriba muestran los resultados. Se muestran las distribuciones marginales a posteriori en el plano 
para los datos Planck TT+lowP+BSH (donde BSH corresponde a la combinación BAO+SN-Ia+ H0). Claramente la combinación preferida es 
que corresponde al modelo ΛCDM. También se han estudiado desarrollos en serie de Taylor cuadráticos y cúbicos, pero no mejoran la calidad del ajuste respecto al caso lineal.
, como ocurre en la mayoría de los modelos de quintaesencia. Las dos figuras de arriba muestran los resultados. Se muestran las distribuciones marginales a posteriori en el plano para los datos Planck TT+lowP+BSH (donde BSH corresponde a la combinación BAO+SN-Ia+ H0). Claramente la combinación preferida es que corresponde al modelo ΛCDM. También se han estudiado desarrollos en serie de Taylor cuadráticos y cúbicos, pero no mejoran la calidad del ajuste respecto al caso lineal. 
Otra posibilidad es estudiar la parametrización 
, que se puede aproximar por 
, donde 
es la constante de Hubble (que también se asume variable). La mejor aproximación Planck TT+lowP+BSH es 
, al 68% CL.
, que se puede aproximar por , donde es la constante de Hubble (que también se asume variable). La mejor aproximación Planck TT+lowP+BSH es , al 68% CL. 
La tercera posibilidad que comentaré es asociar la energía oscura a un campo escalar (similar al inflatón asociado a la inflación cósmica). En este caso se tiene 
donde la función 
está dada por 
está dada por
Sin entrar en detalles técnicos, la figura muestra el plano 
los contornos al 68,3% (1 σ) y 95,4% (2 σ). Hay varios parámetros de interés asociados a estos modelos y remito al artículo técnico para su definición y los detalles.
los contornos al 68,3% (1 σ) y 95,4% (2 σ). Hay varios parámetros de interés asociados a estos modelos y remito al artículo técnico para su definición y los detalles.
Lo más importante de los tres ejemplos que presento es que para estimar la dinámica de la energía oscura no basta con los datos de Planck relativos al CMB. La razón es que la energía oscura es un fenómeno reciente y su efecto durante la recombinación era despreciable. Para ajustar su dinámica hay que usar información más reciente, como la que se obtiene gracias a BAO o BSH. Como esta información no es propia de la misión Planck, el artículo técnico recuerda que puede haber importantes errores sistemáticos en dichos datos que afecten a las conclusiones de estos análisis.
Para estudiar las modificaciones de la gravedad se usa una teoría de campo efectivo. La misión Planck ha usado la familia de modelos efectivos de Horndeski, que describen la mayoría de las modificaciones de la gravedad publicadas hasta el momento. En este lagrangiano 
es el escalar de Ricci, 
es su perturbación espacial, 
es la curvatura extrínseca, y 
es la masa de Planck. La acción para la materia, 
, incluye todo excepto la energía oscura (bariones, materia oscura fría, radiación y neutrinos). La acción de la teoría efectiva depende de nueve funciones del tiempo 
, en concreto, 
es el escalar de Ricci, es su perturbación espacial, es la curvatura extrínseca, y es la masa de Planck. La acción para la materia, , incluye todo excepto la energía oscura (bariones, materia oscura fría, radiación y neutrinos). La acción de la teoría efectiva depende de nueve funciones del tiempo , en concreto,
que dependen de la modificación concreta de la gravedad que se considere. Por supuesto, estudiar seis parámetros conlleva una incertidumbre. Por ello en el artículo de Planck 2015 se han estudiado varias familias de modelos concretos que permiten reducir estos seis parámetros dimesionales a solamente dos parámetros adimensionales.
No quiero entrar en los detalles técnicos, que nos llevarían demasiado lejos. Sólo muestro tres figuras que dan una idea de los resultados logrados (que incluyen la gravedad f(R), violaciones de la invarianza Lorentz, el acoplo de campos escalares, etc.). La incertidumbre en general es bastante grande y se requiere el uso de datos externos (BAO y BSH) para reducirla un poco.
Lo importante de este estudio es que muestra que se pueden usar los análisis de la intensidad y polarización del CMB para restringir diferentes modificaciones de la gravedad. Siendo la primera vez que se realiza este tipo de análisis, lo que hay que destacar es que haya sido posible realizarlo. Los resultados sesgan muy poco el espacio de posibles modificaciones de la gravedad. Pero el futuro para los próximos lustros es prometedor.
La ciencia de la Mula Francis
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