¿Detecta LIGO la materia oscura?

blackhole-300x160 Hay terminología científica que gusta a unos, desagrada a otros, pero, al margen de eso, resulta tremendamente acertada para que cale en la sociedad. La materia oscura y la energía oscura, “dark matter” y “energy matter” en inglés, son dos buenos ejemplos de lo que digo. Fuera del ámbito profesional poca gente sabe lo que es realmente la materia oscura. Ídem con la energía oscura. Tampoco tengo claro que en el ámbito profesional la cosa sea distinta: hay mucha especulación y pocas pruebas. Sobre todo porque materia y energía oscura son conceptos que surgen para dar explicación a fenómenos observables cuya causa no podemos detectar porque no emiten ondas electromagnéticas, que es como hasta ahora nos hemos “comunicado” con el universo.

No son conceptos de ahora. La materia oscura, por ejemplo, la menciona por vez primera el extraordinario, genial y excéntrico astrónomo búlgaro Fritz Zwicky (1898-1974) en 1933. Ya ha llovido desde entonces. Y en los años setenta, la genial Vera Rubin (1928-) demostró que la velocidad de las estrellas más exteriores de las galaxias en su rotación al centro galáctico era mucho mayor de la que les corresponde según las leyes de Kepler. La cuestión es bien simple: miremos a nuestro sistema solar: según las leyes de Kepler, los planetas exteriores deberán viajar mucho más despacio que los interiores y así ocurre. Lo mismo debería pasar con las estrellas en las galaxias pero esto no ocurre. Dar explicación a este hecho implicó recurrir a la idea de Zwicky de que hay mucha más materia entre esas estrellas exteriores y el centro galáctico de la que vemos y, por tanto, las estrellas se mueven a mayor velocidad de la esperada por la gravedad de esos “objetos”, de esa “materia” que no podemos ver: materia oscura.

La energía oscura también tiene una explicación curiosa. Un universo que comienza en el Big Bang o Gran Explosión, se expande. Tiempo y espacio van surgiendo a medida que el universo aumenta su tamaño. Pero la lógica nos dice que la velocidad de esta expansión sólo puede ir a menos. Es de sentido común. Digamos que el universo explota a máxima velocidad (fenómenos de inflación aparte) y luego, la propia gravedad del sistema, va ralentizando la velocidad de expansión. Si llegará o no a detenerse dependerá de la cantidad de masa que tenga el universo. Sin embargo, es un hecho observable (nos dimos cuenta en la década de los años noventa) que el universo se está expandiendo de forma acelerada, cada vez más deprisa.

¿Qué hace que se expanda de esa manera tan peculiar? No lo sabemos, pero los científicos “inventan” la energía oscura para explicarlo. Pero no es una “invención” jugando sucio: la Relatividad General de Albert Einstein, la teoría que describe la estructura del espacio-tiempo, nuestro universo y su gravedad, introduce un término de forma natural (Einstein lo denominó constante cosmológica y lo deshechó por cuestiones filosóficas) que da forma a esa energía oscura. Llamemos energía oscura a la constante cosmológica de Einstein y todo encajará, aunque no tenga sentido (uno de los motivos por los que Einstein deshechó la constante cosmológica en su momento).

¿Podemos detectar la materia oscura de alguna manera? Hasta que encontremos una explicación mejor (algunos proponen que la ley de la gravitación de Newton no es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, es decir, que ese 2 no es un 2 exacto a grandes distancias) tenemos unos hechos observables, una posible explicación y necesitamos encontrar pruebas de que esa materia oscura existe. Al no emitir radiación electromagnética, la cosa está complicada, puesto que a menos que consigamos “toparnos” con la materia oscura, signifique eso lo que se quiera, la única forma que tenemos de interactuar con el universo es a través de la luz, de las ondas electromagnéticas que emiten los objetos que lo forman, y que llegan a nuestros telescopios. Pero recientemente hemos abierto otra ventana en la que mirar. Se trata de las ondas gravitacionales. Desde que en febrero de 2016 se anunciaran su existencia de manera indudable (fueron detectadas en septiembre de 2015) usando el detector LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), ya se han detectado las ondas gravitacionales en tres ocasiones (puede que en más y aún se esté analizado la información).

Los fenómenos que están causando esas ondas gravitacionales que LIGO detecta (pronto tendremos más observatorios operativos, como LISA) son fusiones de agujeros negros. Eventos muy energéticos en los que dos agujeros negros se unen para formar otro mayor. La perturbación en el espacio tiempo de esa interacción y posterior fusión, se transmite en forma de ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo, como lo hacen las olas formadas tras arrojar una piedra a un lago. Los agujeros negros pueden ser de muchos tamaños. Los hay varias veces la masa de nuestro Sol y se producen cuando una estrella muy masiva se apaga, implosionando buena parte de su material tras explotar otra parte en forma de supernova. Los hay supermasivos con millones de veces la masa del Sol y que suelen estar en los centros de las galaxias. Pero los que están produciendo las ondas gravitacionales son de un tipo determinado: sus masas oscilan en unas pocas decenas la de el Sol (más de lo que debería si fueran el resultado de supernovas y mucho menos si fueran supermasivos). Y los astrónomos se preguntan de donde salen estos agujeros negros.

¿Son materia oscura? ¿Por qué no? Es evidente que tienen poder gravitacional y que no podemos verlos. El 15 de junio, en la revista científica Physical Review Letters, unos investigadores de la universidad Johns Hopkins liderados por Simeon Bird, publicaron un artículo en el que planetean una hipótesis muy interesante: ¿y si fueran agujeros negros primordiales? Es decir, agujeros negros que se formaron en el origen del universo a partir de las primeras estrellas supermasivas. Y si realmente estuviéramos detectado la fusión de esos agujeros negros primordiales: ¿cuántos hay? ¿Es o forman parte de lo que denominamos materia oscura? Si esto es así, a través de las ondas gravitacionales estaríamos detectando esa materia oscura y tendríamos respuesta a muchas preguntas. No olvidemos que si el universo está plagado de estos agujeros negros primordiales, sus efectos gravitacionales están ahí y podrían actuar como si fueran la materia oscura dependiendo de cuántos sean y de cómo se distribuyan. No los detectaríamos salvo que fusionen generando ondas gravitacionales.

El artículo de Bird es un artículo teórico lleno de fórmulas y cálculos. Entre esos cálculos encontramos la estimación de cuántas fusiones debería haber de agujeros negros primordiales en un giga parsec (unos 3200 millones de años-luz). Un parsec es una unidad de distancia frecuentemente utilizada por los astrónomos; se corresponde con la distancia a la que un objeto presentaría un paralaje de un segundo de arco y viene a ser 3,2 años-luz. En un giga parsec, según los cálculos de Bird y su equipo, deberíamos ocurrir entre 2 y 53 fusiones de agujeros negros primordiales. Es evidente que estos cálculos son muy especulativos por la razón de que aún no tenemos datos suficientes como para hacer una simulación realista, pero ya van indicando que estos agujeros negros son mucho más abundantes de lo que uno podría pensar a priori.