“Cuando choquemos contra otra galaxia no notaremos nada”

Amina Helmi (Bahía Blanca, Argentina, 1970) indaga desde hace años sobre uno de los grandes misterios del cosmos. En los años 30, el astrónomo suizo Fritz Zwicky propuso la existencia de una materia invisible en el universo que afectaba a los movimientos de la materia que sí veíamos. Ya en los setenta, Vera Rubin y Kent Ford, del Instituto Carnegie de Washington (EE UU), vieron que las estrellas en los bordes de las galaxias giraban demasiado rápido. Si se tenía en cuenta la masa de los objetos brillantes que se pueden observar a través de telescopios y las leyes físicas conocidas, la velocidad a la que se mueven las estrellas debería disminuir conforme aumentase su distancia hasta el motor gravitatorio que se encuentra en el centro galáctico. Sin embargo, eso no sucedía. Una fuerza invisible parecía proporcionar la sujección necesaria a los astros para orbitar a gran velocidad sin salir disparados. Esa fuerza, se teorizó, la proporcionaba un halo descomunal e invisible de materia oscura, mucho más abundante que la materia visible, que rodeaba la galaxia.

Helmi, catedrática en el Instituto Astronómico Kapteyn de la Universidad de Groninga (Países Bajos), participa en la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), que está caracterizando las propiedades de mil millones de estrellas de la Vía Láctea. Con esa pequeña fracción de todas las estrellas que componen nuestra galaxia, un 1% del total, se quiere crear un mapa tridimensional que revelará su composición, formación y evolución. Entre otras cosas, ese mapa puede ayudar a explicar qué es la materia oscura y cómo se forman las galaxias. La semana pasada, visitó Madrid invitada por la Fundación BBVA. En la sede de la institución en la capital española y dentro de su ciclo de astrofísica y cosmología, pronunció la conferencia La fascinante Vía Láctea.

Pregunta. ¿Cuándo sabremos qué es exactamente la materia oscura?

El agujero negro del interior de galaxias como la nuestra limita su crecimiento

Respuesta. En los próximos diez años vamos a poner a prueba todas las predicciones del modelo cosmológico y de lo que es la materia oscura, tanto en la Vía Láctea como en algunas de sus galaxias satélites, pero también a una escala mucho mayor. Con Gaia lo vamos a hacer en la Vía Láctea y sus satélites, y con otras misiones de la ESA, como Euclid, va a ser a la escala de todo el universo. Con eso tendríamos que saber de qué tipo de materia oscura hablamos o si la materia oscura no es una solución para explicar lo que observamos, que también es una posibilidad. Si comprobamos que la materia oscura es de un tipo concreto, la idea sería buscarla después también en la Tierra, detectar las partículas y comprobar que son del mismo tipo.

P. Los biólogos descubren con bastante frecuencia especies inesperadas. Da la sensación de que los físicos teóricos tienen mucha más capacidad para realizar previsiones sobre los objetos que encontraremos en el universo, por extraños que puedan parecer. ¿Qué posibilidades hay para encontrar sorpresas en la observación del cosmos?

R. No sabemos qué es la materia oscura así que el factor sorpresa puede ser grande. Tenemos un modelo cosmológico que funciona bien, pero hay aspectos en los que se contradice con lo que vemos. Así que es posible que el tipo de materia oscura que descubramos no sea un WIMP [partículas masivas que interactúan débilmente de las que se cree que está hecha la materia oscura] sino que sean distintos tipos de WIMPS. O incluso que algunos sean partículas que no interactúen y otras que sí. Pero es posible hacer predicciones, no es tan difícil como si hablamos del cerebro o de seres vivos.

En astrofísica o astronomía, las leyes sobre cómo se comporta el universo las entendemos. Pero también hay cosas que no sabemos. Las estrellas dentro de estas pequeñas galaxias satélites de la nuestra no se mueven como predice el modelo cosmológico y eso puede significar que la materia oscura no es lo que hemos asumido hasta ahora. O incluso, puede que la fórmula que nos sirve para calcular la masa que hay en las galaxias y que nos indica que hay más de la que vemos no sea correcta. Puede que sea un fallo que surge de que no entendemos bien la fuerza de gravitación. Así que puede haber sorpresas.

P. ¿Cómo empezó la Vía Láctea, cuál fue el germen?

Algunas de las estrellas que nos interesan son tan antiguas como el universo mismo

R. La idea es que el universo empieza con el Big Bang y durante la etapa inicial del universo hay como fluctuaciones en la densidad, como grumos. Los lugares donde se forman esos grumos, donde se acumula masa, atraen más masa, y se van formando nuevos objetos. La idea fundamental es que las galaxias como la Vía Láctea se formaron por fusión de objetos muy pequeños. Estos objetos están dominados por la materia oscura. Eso atrae gas y del gas se forman estrellas y cuando se fusionan las estrellas por la fuerza de gravitación, se producen galaxias cada vez mayores.

Si quieres probar si esa es la forma en que se creó la Vía Láctea, como la materia oscura no se ve, puedes hacerlo analizando las estrellas que se formaron en aquellos primeros momentos. Buscas las estrellas más antiguas, porque estos procesos de fusión ocurrieron en el universo muy temprano. Eso da lugar al halo estelar de la Vía Láctea. Después la idea es que una vez que la galaxia adquirió una masa lo bastante grande, se formó un disco de gas que fluyó hacia el centro y eso es lo que consideramos la Vía Láctea en sí misma. La idea es que el Sol se formó en el mismo disco de la Vía Láctea, no llegó desde otra galaxia, pero hay muchas estrellas del halo que presumiblemente se formaron en estas galaxias más pequeñas. Nuestro trabajo es como construir un árbol genealógico de la Vía Láctea.

P. ¿Qué edad tendrían estas estrellas más antiguas?

R. Calculamos que son tan antiguas como el universo mismo.

P. ¿Se formaron donde están ahora?

R. La idea es que se formaron en estos primeros grumos y son la segunda o tercera generación de estrellas que se formó en el universo. Hay estrellas que se formaron antes del cuásar [conocido recientemente] que se formó solo 690 millones de años después del Big Bang. Cuando podemos medir la edad de una estrella en el halo, vemos que son estrellas que se han formado incluso antes que estos objetos, en los primeros cientos de millones de años del universo.

P. Los sistemas planetarios en torno a esas estrellas, ¿podrían ser similares al nuestro o no tendrían nada que ver?

Puede que el estudio de la materia oscura nos muestre que no entendemos bien la fuerza gravitatoria

R. Las condiciones del universo en aquella época eran muy diferentes de las actuales. Por ejemplo, una de las cosas que se cree es que las primeras estrellas que se formaron eran muy masivas. Y una estrella que es muy masiva explota enseguida como supernova, así que no da tiempo a que se formen planetas a su alrededor. Además, para formar un planeta como la Tierra necesitas metales, elementos más pesados que el helio y el hidrógeno. En estos estallidos de supernova se forman estos elementos más pesados, pero son necesarias varias generaciones de estas estrellas y supernovas como para tener bastantes de estos elementos para producir un planeta rocoso como la Tierra.

P. ¿Sabemos por qué todas las galaxias como la nuestra tienen un agujero negro supermasivo en su centro?

R. Existe una relación entre este agujero negro y el resto de la galaxia, pero no se entiende en detalle por qué sucede.

P. ¿El papel de la materia oscura como pegamento de la galaxia es similar al del agujero negro?

R. La materia oscura sirve para hacer crecer la galaxia porque atrae más masa. La cantidad de masa de una galaxia es predominantemente materia oscura y determina el crecimiento y la dinámica de una galaxia. El agujero negro tiene otro rol. En cierta forma parece impedir que las galaxias más grandes sigan formando estrellas. Hay galaxias que tienen hasta diez veces la masa en estrellas de la Vía Láctea, y en principio los modelos predecían que podrían ser hasta cien veces más grandes. Pero no vemos galaxias de ese tamaño. En un momento dado hay un límite sobre el tamaño de una galaxia y se cree que eso está regulado por el agujero negro.

P. Usted ha estudiado la canibalización de galaxias. ¿Qué pasará si chocamos con otra galaxia? ¿Será un encuentro violento?

R. No pasa nada. Si te preguntas por las probabilidades de que una estrella choque con otra es la misma que dos mosquitos choquen en el Gran Cañón del Colorado. La mayor parte del espacio está vacío y las estrellas no chocan. Cuando dos galaxias se fusionan pueden sentir que el campo de fuerza cambia, pero fuera de eso no hay un impacto directo sobre nosotros. En algo menos de 10.000 millones de años nuestra galaxia se fusionará con Andrómeda, otra galaxia gigante cercana. En ese momento, el impacto sobre la Tierra, si todavía existe, va a ser mínimo. Cuando choquemos no notaremos nada. Lo único que se notará es que cambia en el cielo la distribución de estrellas. Ahora vivimos en un disco y cuando dos galaxias que son disco se fusionan, eso da lugar a una galaxia elíptica. Si miras el cielo cuando Andrómeda y la Vía Láctea se fusionen, no vas a ver la banda de estrellas que ahora ves sino una distribución más o menos uniforme.