“Tenemos un detector de ondas gravitacionales del tamaño de la Vía Láctea”

El alemán Michael Kramer (Colonia, 1967) lleva años estudiando púlsares, los restos densísimos de estrellas muertas que actúan como faros en el cosmos. “Ocupan lo que la ciudad de Madrid, pero pesan un 40% más que el Sol”, explica el radioastrónomo. Al girar rápidamente sobre su eje, emiten un chorro de radiación que llega a la Tierra en pulsos regulares, y aquí los científicos los observan utilizando las antenas gigantes de sus radiotelescopios.

Kramer es el director del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn (Alemania), y ayer estuvo en Madrid dando una conferencia para el ciclo La ciencia del cosmos, la ciencia en el cosmos de la Fundación BBVA. En los últimos meses Kramer ha desviado su atención de los púlsares a otro objeto densísimo que por primera vez se aprecia en los observatorios de radioastronomía: Sagitario A*, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Desde el año pasado, ocho radiotelescopios de todo el mundo, entre ellos el Telescopio de 30 metros de pico Veleta, en Sierra Nevada (Granada), observan el centro de la galaxia en grupo. Este año publicarán sus resultados, que incluyen la primera imagen jamás tomada de un agujero negro.

Pregunta. ¿Cómo será la primera imagen que veamos del agujero negro en el centro de la Vía Láctea?

Respuesta. El agujero negro absorbe fotones, por lo que es muy difícil de observar directamente, pero tenemos suerte porque detrás de él hay gas caliente que da una iluminación de fondo. Frente a esa luz deberíamos observar, literalmente, la sombra que es el agujero negro. Pero, además, como es un objeto con un campo gravitatorio enorme, también veremos que los fotones en la parte trasera del agujero negro se doblarán a su alrededor, formando una especie de halo. La forma exacta dependerá de la orientación del disco, determinada por su eje de rotación. Debería verse un borde afilado causado por el evento de sucesos y el gas caliente que fluye a su alrededor.

Si han visto la película Interstellar, ahí hay una visualización de gran resolución del aspecto que tiene. Pero nuestra imagen no tendrá esa resolución. Será decepcionante si creemos que eso es lo que vamos a ver, aunque espero que se aprecien los aspectos básicos: oscuro por un lado, luminoso por otro y con el halo alrededor que indica la presencia del horizonte de sucesos.

P. ¿Podría haber alguna sorpresa en la imagen de Sagitario A*?

R. A mí me gustaría encontrar un púlsar orbitando el agujero negro. Si lo hay, podríamos calcular la orientación del eje del agujero negro, para saber exactamente hacia donde apunta y cómo de rápido gira. Entonces podemos hacer un modelo del aspecto que debería tener y compararlo con lo que se observe en realidad. Podemos hacer más que simplemente sacar una fotografía. Intentaremos entender la física que hay detrás y poner a prueba las predicciones de la teoría de la relatividad general.

P. Están poniendo a prueba a Einstein: ¿Sería motivo de celebración si se equivocó?

A veces falsar la teoría nos da mucha más información que confirmarla

R. Personalmente, me parecería mucho más interesante si encontramos alguna discrepancia, porque eso significa que la teoría es solo una aproximación a algo más real, más válido. La gente asumió que la gravedad de Newton era cierta durante cientos de años, y luego encontraron anomalías en la órbita de Mercurio que Einstein pudo explicar con una teoría nueva de la gravedad. Si nosotros encontramos una desviación, por ejemplo de la órbita del púlsar, no descrita por la relatividad general, entonces nos dice algo nuevo. A veces falsar la teoría nos da mucha más información que confirmarla.

P. Si hubiese un púlsar en el centro de la galaxia, ¿no lo habrían detectado ya?

R. Esa es una buena pregunta. En mi tesis doctoral, que fue hace ya bastante tiempo, yo observé el centro de la galaxia buscando un púlsar y no lo encontré. Pensamos que es porque el medio interestelar allí es tan turbulento que los fotones del púlsar se dispersan y quedan tan difuminados que no se detectan como un pulso. La dispersión es menor en frecuencias más altas, pero a cambio la señal de radio del púlsar se vuelve más tenue. Hay que encontrar un equilibrio: suficiente frecuencia para evitar el efecto del medio interestelar pero no tanto que perdamos la señal de los fotones. Hasta ahora no había telescopios con la sensibilidad necesaria a altas frecuencias, pero con el telescopio ALMA en Chile eso ha cambiado.

P. Usted tiene una reputación por utilizar la radioastronomía para poner a prueba las teorías de la gravedad. En la década pasada ya lo hizo mediante el primer estudio detallado de un púlsar doble, y Einstein salió indemne. ¿Qué pruebas nuevas esperan para los radiotelescopios?

Podremos ver ondas gravitacionales que tienen su origen en la fusión de agujeros negros supermasivos, o incluso la fusión de galaxias enteras, algo que ocurrió en el universo lejano

R. Con el estudio de las ondas gravitacionales hemos abierto una ventana completamente nueva al universo. Sin embargo, los detectores terrestres como LIGO y Virgo están limitados por los movimientos sísmicos de la Tierra, de modo que no pueden observar eventos a frecuencias menores de 10 o 50 hertzios. Pero como en el espectro electromagnético, que tiene algunas fuentes visibles en la banda óptica y otras en la banda de radio, las ondas gravitacionales tienen fuentes en distintas frecuencias. Si queremos observar eventos que producen ondas gravitacionales a frecuencias más bajas, podemos utilizar púlsares de nuevo. Al pasar una onda gravitacional por el sistema púlsar-Tierra, cambiará la distancia entre nuestro planeta y el púlsar ligeramente. Si observamos los pulsos de radio de baja frecuencia que vienen de distintos lugares del cielo, podemos ver si llegan antes o después de lo previsto, dependiendo de si se ha comprimido o estirado el espacio-tiempo. Así podremos ver ondas gravitacionales que tienen su origen en la fusión de agujeros negros supermasivos, o incluso la fusión de galaxias enteras, algo que ocurrió en el universo lejano.

Utilizando los radiotelescopios tenemos un detector de ondas gravitacionales del tamaño de la Vía Láctea. LIGO puede observar agujeros negros o estrellas de neutrones de masas comparables a la de nuestro Sol, o hasta cien veces más, pero los objetos que queremos observar nosotros tienen 10 mil millones de veces la masa del Sol.

P. ¿Tiene alguna esperanza en el uso de la radioastronomía para buscar vida extraterrestre?

R. Probablemente es el método más prometedor para buscar vida extraterrestre, pero creo que nuestros telescopios todavía son muy pequeños para buscar volúmenes del espacio relevantes. Creo que la probabilidad de que haya vida extraterrestre es grande, pero la probabilidad de que estén a la distancia correcta para comunicarse por señales de radio es pequeña. Si dicen que es como buscar una aguja en un pajar, ese pajar es enorme. Nosotros no utilizamos los radiotelescopios para eso, porque recibimos financiación pública y hay poca probabilidad de detectar algo, pero me gustaría que me demostraran lo contrario. Es un trabajo serio, alguien tiene que hacerlo.

Bruno Martín forma parte del proyecto europeo Elusives, que aborda el estudio de neutrinos, materia oscura y física más allá del modelo estándar (H2020-MSCA-ITN-2015//674896-Elusives).