Los astrofísicos que quieren desvelar el mayor misterio de nuestra galaxia | Ciencia

Un mes antes de morir tiroteado en su coche oficial, en octubre de 1963, el presidente de Estados Unidos John F. Kennedy aprobó el lanzamiento de satélites para alertar del mayor desastre imaginable: la explosión de bombas atómicas. En 1967, este programa vigía llamado Vela detectó misteriosos estallidos que no llegaban de la Tierra, sino del espacio exterior. El asunto quedó guardado en un cajón hasta que, años después, se supo que aquellas señales eran el tipo de radiación más potente del universo, que posiblemente llegaba desde fuera de nuestra galaxia. Sin que nadie lo hubiese planeado, se había inaugurado una nueva forma de observar el universo: la astronomía de rayos gamma.

Invisibles al ojo humano, los rayos gamma son ubicuos y permiten estudiar los fenómenos más violentos del cosmos. “En un breve instante, los estallidos de rayos gamma liberan más energía que todas las estrellas del universo juntas”, resume Peter Michelson, astrofísico de la Universidad de Stanford (EE UU) y padre intelectual del telescopio de rayos gamma Fermi. Este observatorio espacial fue lanzado en 2008 por la NASA para continuar de una forma más científica la labor de vigilancia que iniciaron los satélites de la Guerra Fría. En cuestión de horas, el equipo de más de 400 científicos de 17 países asociados a este telescopio pueden detectar una nueva fuente de rayos gamma, localizar su origen y alertar a otros telescopios espaciales y terrestres para que la observen. Por primera vez, los responsables del principal instrumento científico a bordo del Fermi se han reunido en España para discutir sus nuevos objetivos, entre ellos entender un tercio de todas las señales, que tienen un origen desconocido.

Representación de una supernova. NASA

Los estallidos cortos de rayos gamma duran fracciones de segundo. Se producen justo en el instante en que chocan dos estrellas de neutrones, objetos tan densos y compactos que una sola cucharadita pesa mil millones de toneladas. Los estallidos largos, de unos pocos minutos a lo sumo, suceden cuando una estrella unas 30 veces más grande que el Sol llega al final de su vida y explota formando una supernova. Las capas externas salen despedidas mientras su núcleo se derrumba sobre sí mismo. La fuerza de gravedad es tan fuerte que se forma un punto de densidad infinita: un agujero negro. “Si además el agujero gira sobre sí mismo, lo que sucede casi siempre, surge un chorro de rayos gamma tan potente como el que produce una galaxia entera”, resume Michelson. Ninguna bomba atómica sería capaz de producir ni de lejos una energía semejante.

La astrofísica irlandesa Deirdre Horan, miembro del equipo científico del Fermi, explica: “Los rayos gamma también son uno de los tipos de radiación que fluctúa más rápido y de forma más dramática; hasta el punto que algunas fuentes convierten el cielo en una discoteca”. “Es fascinante cómo la naturaleza puede producir algo así”, resalta. La investigadora se refiere a los púlsares, estrellas de neutrones en rotación que emiten destellos periódicos con tal exactitud que pueden usarse como cronómetros para medir con altísima precisión otros fenómenos, como la radiación producida por el Big Bang, hace 13.700 millones de años.

El Fermi vigila las 24 horas, todos los días de la semana. Desde su órbita, a más de 500 kilómetros de la superficie terrestre, puede cubrir el cielo al completo cada tres horas. Desde su lanzamiento ha identificado más de 7.000 fuentes de rayos gamma llegados desde dentro y fuera de la Vía Láctea. Sus hallazgos muestran que la Tierra es un diminuto punto del espacio literalmente rodeado de fuentes de rayos gamma, muchos de ellos púlsares de exquisita puntualidad. Algunas señales llegan de tan lejos que da vértigo: es luz gamma que se emitió hace 12.500 millones de años, cuando el universo era casi un recién nacido. Debido a la expansión acelerada del cosmos, ese objeto está ya a 25.000 millones de años luz, es decir que para alcanzarlo habría que viajar a la velocidad de la luz durante casi dos veces la edad total del universo.

Las partículas atómicas cargadas acribillan los equipos de Fermi constantemente. Aunque en teoría fue construido para durar solo cinco años, sus ideólogos y constructores se aseguraron de darle grandes paneles solares que siguen funcionando a pesar de haber perdido eficiencia por el constante bombardeo radiactivo. En al menos una ocasión el telescopio ha tenido que esquivar trozos de basura espacial que podían haberlo noqueado para siempre. El equipo científico, reunido hasta el viernes en el Instituto de Física Teórica de Madrid (CSIC-UAM), ha calculado que el aparato puede durar una década más. Es crucial que lo haga, pues sin él la humanidad se quedaría ciega ante este tipo de rayos gamma; no hay un sucesor a la vista.

Ilustración de la Vía Láctea con las dos burbujas de rayos gamma descubiertas por el telescopio 'Fermi'.
Ilustración de la Vía Láctea con las dos burbujas de rayos gamma descubiertas por el telescopio ‘Fermi’.NASA

El astrofísico extremeño Miguel Ángel Sánchez Conde será el nuevo coordinador científico de la colaboración Fermi-LAT. Uno de sus principales objetivos es usar el telescopio para intentar identificar materia oscura. “Sería un hallazgo que nos llevaría directos a Estocolmo a recoger el Nobel”, resalta.

La materia oscura compone el 25% de todo el universo, pero nadie ha conseguido observarla ni determinar de qué está hecha. “Muchas de las fuentes no identificadas podrían ser pequeños halos de materia oscura que están aniquilándose, y al hacerlo emiten rayos gamma”, detalla Sánchez. Esta posibilidad podría encajar con algunas propuestas actuales para explicar la materia oscura, como las partículas masivas de interacción débil, WIMPS en inglés.

Uno de los “mayores misterios” que afronta el equipo está justo en el centro de nuestra galaxia, explica Sánchez. En este lugar hay un agujero negro —Sagitario A*— con una masa cuatro millones de veces mayor que el Sol. “Desde 2010 llevamos captando una señal constante desde el centro galáctico. Pero en las otras galaxias con agujeros negros supermasivos en el centro no vemos nada parecido. Es un exceso de rayos gamma que simplemente no podemos entender. Nadie sabe por qué sucede esto, pero casi cada día se publican nuevos estudios sobre este problema. Van ya miles de estudios sobre este misterio”, confiesa el investigador.

En 2010, Fermi descubrió una gigantesca estructura con forma de burbujas situadas justo arriba y abajo del centro de nuestra galaxia. Los dos lóbulos son tan descomunales que se tardaría 50.000 años en atravesarlos de punta a punta viajando a la velocidad de la luz. Catorce años después, estas burbujas de Fermi siguen siendo uno de los mayores misterios de nuestro entorno cósmico.

Es posible que sean los restos del último festín de Sagitario A* al tragarse una nube de gas hace unos seis millones de años. O puede que el enigma esté relacionado con esa constante señal de rayos gamma que llega desde el centro galáctico y que, a su vez, podría deberse a la aniquilación de materia oscura, argumenta Sánchez.

Para la irlandesa Horan, otro gran momento llegará aproximadamente en un mes, cuando empiecen a funcionar los tres grandes detectores terrestres de ondas gravitacionales LIGO, Virgo y Kagra, en EE UU, Europa y Japón, respectivamente. “Van a mandar alerta en cuanto detecten una onda gravitacional, pero normalmente no se sabe desde dónde llega. Fermi tiene un enorme campo de visión y puede ayudar mucho. Es muy estimulante comprobar si podemos captar señales electromagnéticas como contraparte de las ondas gravitacionales. La teoría nos dice que dos agujeros negros chocando no deberían emitir rayos gamma. Pero si son dos estrellas de neutrones, sí podríamos verlos. Esto ya sucedió en 2017 y fue como, ¡Dios mío, hemos cazado uno! Probablemente ahora veamos muchos más”, detalla.

Michelson ve todas las posibilidades abiertas. “Creo que ahí afuera hay cosas que ni siquiera hemos imaginado; y eso que los teóricos tienen mucha imaginación”.

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