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Juan García-Bellido: «Estamos entrando en una inédita era dorada de los agujeros negros»

Juan García-Bellido es catedrático de física teórica y cosmólogo en el Instituto de Física Teórica (IFT/UAM). Su área de conocimiento abarca todas y cada una de las escalas imaginables: Desde lo infinitesimal, contemplando los choques de partículas de los aceleradores, hasta lo «infinitamente» grande, De exactamente la misma forma que las galaxias o bien los fenómenos muy energéticos. Dada la dificultad de estudiar procesos tan minúsculos o bien lejanos, la cosmología progresa, no Solo de la mano de teorías y observaciones, Sino más bien más bien Además de las mejoras tecnológicas que permiten «asomarse» al universo de una inédita forma. O «con unas nuevas gafas», tal Del mismo modo que ha comentado el estudioso. De ahí que, este amplio ámbito está en constante evolución. Y De ahí que en los últimos cinco años García-Bellido ha estado trabajando en las ondas gravitacionales, unas distorsiones del espacio-tiempo que se detectaron directamente Por primera vez en 2015 y que han inaugurado un nuevo campo en la astrofísica. Éste dejará estudiar los agujeros negros o bien los orígenes del universo de una nueva manera, Del mismo modo que con un «nuevo sentido», Al semejante que hace décadas se empezó a observar el firmamento En medio los rayos X y no Solo en el rango óptico. La semana pasada, en el momento el Nobel de Física reconoció a Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Ghez por sus investigaciones en los agujeros negros, García-Bellido impartió una conferencia sobre agujeros negros principales en la Fundación Ramón Areces, organizada por la Real Sociedad Española de Física. -¿Qué son los agujeros negros primordiales? Son agujeros negros formados en las primeras fracciones de segundo (a los 10^-5 segundos) Tras el Big Bang. En 1996, Andrei Linde, David Wands y yo propusimos que La jornada de hoy podrían formar el centro de las galaxias y que estarían También en el halo de las galaxias. Propusimos que su número sería tan alto que podría explicar el origen de la materia oscura —una masa invisible que se piensa que actuó De este modo tal como semilla para la formación de galaxias y que justifica que las estrellas y las galaxias se muevan más velozmente de lo cual deja la materia visible, formada por polvo, gas y estrellas—. -¿Esta hipótesis se puede comprobar Gracias a las ondas gravitacionales? Estamos en un instante en especial interesante, pues el observatorio de ondas gravitacionales LIGO ha permitido ubicar la fusión de objetos que, Según proponemos, podrían ser en realidad agujeros negros principales —formados poco después del Big Bang— y no agujeros negros estelares —formados por el colapso de estrellas, que envejecen y se derrumban acerca de sí mismas—. Es la ocación del último evento parte por LIGO, en el que se explicó de la fusión de dos agujeros negros, de 66 y 85 masas solares… Son monstruos muy masivos para ser agujeros negros estelares —normalmente, sus masas van de las cinco a varias decenas de masas solares—, Así que podrían ser agujeros negros primordiales, formados Tras el Big Bang. Juan García-Bellido impartió una conferencia acerca de agujeros negros principales en la Fundación Ramón Areces la semana pasada
-¿Qué implicaciones tendría confirmar esto? La gran pregunta es: ¿Son los agujeros negros principales el origen de la materia oscura? Si En este sentido fuera, no haría falta buscar partículas más allá de la física conocida para justificar su existencia, y explicar la formación de galaxia y cúmulos, o la curva de rotación de las galaxias. (En seguida mismo, las observaciones astronómicas sugieren que existe una masa invisible, con interactúes muy débiles, para explicar la alta velocidad de las estrellas y las galaxias. De ahí que, muchos físicos teóricos y experimentales buscan formas de dar con esa materia invisible). -Desde hace cinco años las ondas gravitacionales permiten encontrar y estudiar la fusión de agujeros negros. ¿Estamos entrando en una era dorada de los agujeros negros? Yo diría que sí. Estamos en un Solo momento dorado en el que empiezan a llegar muchos data que nos proporcionan una imagen coherente acerca de la naturaleza de los agujeros negros. Podemos ver de qué manera agregan estrellas en los centros galácticos, de qué forma se constituyen sistemas binarios de agujeros negros o bien cómo gira el gas a su alrededor. Y, Gracias a las ondas gravitacionales, se ha abierto una inédita ventana y ahora serán accesibles muchas de sus propiedades. -¿Por ejemplo? Podemos medir la masa de dos agujeros negros que se fusionan, a miles de millones de años luz, y saber que al hacerlo emiten una volumen de energía que equivale a ocho veces la masa del Sol, en radiación. Esto equivale a 100 veces la luminosidad de todas y cada una y cada una de las estrellas del universo en un Solo par de segundos. Y quizás acabaremos viendo los agujeros negros que se formaron en el instante el universo era primitivo. -Además, en cuestión de una década se espera que entren en funcionamiento nuevos observatorios más potentes, ¿no? Así es. Resalta el Telescopio Einstein, que deberá tres brazos de 30 kms de largo, bajo unos 200 metros de tierra, para advertir ondas gravitacionales —en comparación, el observatorio vigente, LIGO, tiene brazos de unos cuatro kilómetros de largo—. Gracias a eso, va a poder ver las ondas gravitacionales de Una vez que el universo era muy chica y tenía unos mil millones de años. a su vez, al estar enterrado podrá evitar el límite impuesto por las distorsiones sísmicas. En seguida mismo, LIGO o Virgo —el observatorio de ondas gravitacionales europeo— detectan cualquier perturbación gravitacional terrestre, incluyendo las aspas de un helicóptero que pase por encima de ellos. Propuesta del ambicioso proyecto del Telescopio Einstein, destinado a la detección de ondas gravitacionales – ET -Otra forma de evitar estas distorsiones sísmicas es expedir los sensores al espacio, ¿no es De este modo? Esa es la idea de LISA («Laser Interferometer Space Antenna»): poner en el espacio tres satélites, formando un triángulo equilátero, cuyos lados medirán no 30 kilómetros, Al igual que el Telescopio Einstein, Sino más bien más bien 2,5 millones de kilómetros. Debido a eso, LISA podrá advertir ondas gravitacionales de una longitud de onda mucho mayor. -¿Por qué es interesante aumentar la longitud de onda que se puede advertir? La idea es advertir ondas gravitacionales de distintas frecuencias para observar distintos fenómenos, Al parecido que se observan distintos cosas al estudiar el cielo en el rango óptico, en el infrarrojo o en radio. LISA dejará estudiar agujeros negros que orbitan agujeros negros más grandes, o bien bien las colisiones de agujeros negros supermasivos: son dos fenómenos predichos Pero no observados jamás. De la misma forma Veremos acontecimientos más antiguos y más lejanos, incluyendo posiblemente agujeros negros principales. Semeja ciencia ficción Pero no lo es: en seguida estamos trabajando en predecir qué tipo de señales verá este detector, que ya está en marcha, para ser lanzado en la década de 2030. -¿Por qué es tan fuerte estudiar los agujeros negros? Yo diría que En tanto que nos aproximamos al conocimiento íntimo de la gravedad. Al paso que en parte superficial de la Tierra, la gravedad es muy débil, en estos objetos la curvatura del espacio-tiempo es tan grande que conviene estudiar este Ambiente para buscar fenómenos inusuales, propios de un Entorno extremo y más allí de nuestra experiencia rutinaria. La idea es conseguir algo idéntico a lo cual Ocurrió a principios de siglo, En el momento en que se comprendieron los fenómenos de la Mecánica Cuántica y vimos que nuestra forma de comprender el universo no encajaba con las leyes físicas, con lo que hubo que crear una nueva Física. Esquema de un agujero negro. Es imposible verlo, Pero sí que se puede ubicar el gas y la energía a su cerca de, y la repercusión de su gravedad acerca de el Entorno – ABC/AFP -¿Qué se busca en ese extremo Entorno de los agujeros negros? Se busca combinar la mecánica cuántica y la gravedad, al explorar regímenes de gravedad donde se puedan manifestar las propiedades mecánico-cuánticas del espacio-tiempo. Stephen Hawking pasó en esta dirección al demostrar que los agujeros negros no son tan negros, que en realidad liberan partículas, la denominada radiación de Hawking. Por ejemplo, podría suceder que descubramos fenómenos peculiares que no sospechábamos o que podamos cambiar la dirección de la flecha del tiempo y que podamos ir hacia atrás: Existen muchas cuestiones teóricas que podemos poner a prueba con estas observaciones. -Entiendo que un problema particular es poder explicar la gravedad al nivel cuántico, ¿no? No es que la mecánica cuántica no explique la gravedad, es que no existe una teoría unificada para ambas, que pueda relacionarlas. Por servirnos de un ejemplo, la producción de pares de protones y antiprotones —un proceso reproducido en el marco teórico por el que Stephen Hawking terminó justificando la existencia de la radiación que lleva su nombre— en el espacio-tiempo, es equivalente a crear un «miniuniverso», una fluctuación donde se crea espacio A partir de la nada. Porque bien, estos fenómenos ocurren a escalas muy lejanas a la experimentación. La interacción gravitacional es muy débil y las energía necesarias para crearlos son enormes. El límite de lo conocido: imagen del horizonte de sucesos del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. La ciencia desconoce qué ocurre en su interior – EHT
También podría ser que la gravedad fuera una propiedad emergente que surge de otras interacciones, De La misma manera que la viscosidad surge de las interactúes electromagnéticas entre átomos. Esto podría poseer consecuencias en la fusión de los agujeros negros, con lo cual estudiar este fenómeno sería una ocasión de oro para acceder a este conocimiento. -¿La radiación de Hawking implica que los agujeros negros se evaporarán, al terminante del universo? Se evaporarían en un tiempo millones de veces mayor a la edad del universo. Lo interesante es que los formalismos que creó Hawking, con la teoría cuántica de campos, pueden ayudar a explicar las fluctuaciones cuánticas que aparecieron A lo largo del nacimiento del universo y que son responsables de toda la estructura de galaxias y cúmulos de galaxias que observamos. Por eso, estas investigaciones tocan cuestiones de física fundamental y nos adentran De la misma forma en el entendimiento del origen del universo. -Esta semana, el Nobel de Física ha reconocido a tres estudiosos fundamentales para la comprensión de los agujeros negros. ¿Cuál es la contribución de Roger Penrose? Penrose contribuyó de manera muy fuerte al demostrar un teorema para explicar de qué forma el colapso de la materia, por evolución estelar, podía crear un agujero negro, en 1965, un año en que la existencia de los agujeros negros Todavía estaba en entredicho. Estos teoremas de la singularidad fueron un gran avance, pues revelaron que eran reales y que había que buscarlos en la astrofísica. Sin embargo se demoró mucho en poder confirmarlo con observaciones. -De hecho, ni siquiera al propio Einstein le gustaba mucho la idea de los agujeros negros, ¿no? A Einstein le costó mucho reconocer la solución de Karl Schwarzschild, en 1916, que predijo la existencia del agujero negro más sencillo, con una singularidad en un punto del espacio. Y lo cierto es que Einstein no vivió para ver confirmada esta predicción de su teoría, Del mismo modo que Tuvo lugar con muchas otras, Asimismo que las anteojos gravitacionales o las ondas gravitacionales. -¿Y cuál es la importancia del trabajo de Reinhard Genzel y Andrea Ghez? Sus investigaciones Empezaron en los años noventa. A lo largo de interferometría, pudieron observar cómo se movían Varios estrellas en el centro de la galaxia. Esto ha permitido confirmar la masa de ese agujero negro y que Se trata de un objeto extremadamente compacto.