¡°Queremos estudiar los l¨ªmites de las teor¨ªas de Einstein¡±

En el a?o 1800, el astr¨®nomo alem¨¢n William Herschel descubri¨® que hab¨ªa m¨¢s luz que la que ven nuestros ojos. Midiendo las distintas temperaturas de los colores que tomaba la radiaci¨®n del Sol al pasar a trav¨¦s de un prisma, coloc¨® un term¨®metro justo en el extremo del arcoiris, un poco m¨¢s all¨¢ de la luz roja. El objetivo era medir la temperatura ambiente de la habitaci¨®n, pero el resultado del experimento fue inesperado. La temperatura medida por ese term¨®metro era superior a la de la luz visible y el cient¨ªfico concluy¨® que deb¨ªa haber alg¨²n tipo de luz invisible que hac¨ªa subir el mercurio. Hab¨ªa descubierto la radiaci¨®n infrarroja.

Aquel hallazgo abri¨®, entre otras cosas, una nueva ventana a la observaci¨®n del universo. Los telescopios que capturan la luz infrarroja han permitido observar procesos c¨®smicos invisibles con la luz normal. Herschel, por ejemplo, un telescopio de la Agencia Espacial Europea lanzado en 2009, ha permitido observar la formaci¨®n de galaxias y estrellas con un detalle imposible para los telescopios ¨®pticos.

Con los a?os, se descubrieron otros tipos de radiaci¨®n que han ampliado nuestra capacidad de observaci¨®n del cosmos. Es el caso de los rayos gamma, cien trillones de veces m¨¢s energ¨¦ticos que los fotones visibles, un tipo de luz que se encuentra m¨¢s all¨¢ del l¨ªmite violeta del arcoiris. Este rango es el que va a servir a f¨ªsicos como Werner Hofmann (Baden-Baden, Alemania, 1952) para explorar algunos fen¨®menos superenerg¨¦ticos y, quiz¨¢, revolucionar la f¨ªsica.

Uno de nuestros objetivos es entender qu¨¦ sucede cerca de los agujeros negros

Hofmann, director del Instituto Max Planck de F¨ªsica Nuclear en Heidelberg (Alemania), particip¨® el martes en el ciclo de astrof¨ªsica y cosmolog¨ªa de la Fundaci¨®n BBVA, en Madrid, para hablar de la Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas ingl¨¦s), dos observatorios gemelos que explorar¨¢n hasta su l¨ªmite las posibilidades de los rayos gamma. Uno de esos observatorios estar¨¢ en la isla canaria de La Palma.

Pregunta. ?Qu¨¦ podemos aprender observando el universo a trav¨¦s de los rayos gamma?

Respuesta. La forma en que se producen los rayos gamma es muy diferente de la de la luz normal. La luz normal surge de cuerpos calientes que irradian porque est¨¢n calientes y no hay nada lo bastante caliente en el universo para irradiar rayos gamma. Lo que creemos es que se producen cuando hay part¨ªculas muy energ¨¦ticas en el universo que se aceleran de alguna manera interact¨²an con la materia y producen rayos gamma. Los rayos gamma nos hablan de estas part¨ªculas de muy alta energ¨ªa en el universo y nos cuentan d¨®nde han sido creadas, c¨®mo se propagan o c¨®mo interact¨²an con su entorno.

Hasta hace algo m¨¢s de una d¨¦cada, se pensaba que proced¨ªan de alg¨²n rinc¨®n ex¨®tico del cosmos que no ten¨ªa un gran impacto, pero ahora, la actual generaci¨®n de instrumentos nos ha mostrado que hay un gran n¨²mero de aceleradores de part¨ªculas c¨®smicas en el universo. Estos aceleradores crean part¨ªculas muy energ¨¦ticas y estas part¨ªculas tambi¨¦n influyen en la forma de evolucionar de nuestro universo. Porque hay mucha energ¨ªa en estas part¨ªculas y la galaxia tendr¨ªa un aspecto diferente y habr¨ªa evolucionado de otra manera sin estas part¨ªculas.

P. ?Qu¨¦ tipo de objetos producen este tipo de radiaci¨®n?

Algunos modelos dicen que la velocidad de la luz no es constante dependiendo de la energ¨ªa, algo que violar¨ªa la ley de Einstein

R. La fuente cl¨¢sica predicha para los rayos gamma eran las supernovas. Hemos visto c¨®mo estos objetos aceleran las part¨ªculas, lo que no sabemos es si solo con ellas se puede justificar la cantidad de part¨ªculas de alta energ¨ªa que hay en el universo o si hay otros objetos.

P. ?Cu¨¢les son los principales objetivos para los nuevos observatorios de rayos gamma que se van a empezar a construir?

R. Tenemos tres grandes objetivos cient¨ªficos para la CTA. Uno es entender c¨®mo se crean las part¨ªculas de alta energ¨ªa, especialmente en nuestra galaxia. Intentar comprender la formaci¨®n y la propagaci¨®n de rayos c¨®smicos.

El otro gran objetivo es intentar entender lo que sucede cerca de los agujeros negros. Sabemos que los agujeros negros producen unos chorros de eyecciones altamente relativistas, pero no sabemos c¨®mo se generan estos chorros o c¨®mo se aceleran las part¨ªculas en el chorro. Tambi¨¦n estamos intentando entender c¨®mo se convierte en radiaci¨®n el material que cae en los agujeros negros.

El tercer gran objetivo es buscar nueva f¨ªsica. Uno de los fen¨®menos fundamentales que queremos estudiar es aniquilaci¨®n de materia oscura. En el centro de la galaxia hay part¨ªculas de materia oscura que son nuevas part¨ªculas elementales. En algunos modelos se predice que cuando colisionan se aniquilan y crean rayos gamma que producen una se?al distinguible. Si esas part¨ªculas existen, la CTA deber¨ªa ser capaz de detectarlas.

Conocemos fuentes de rayos gamma en las que no conocemos el objeto que las produce

Tambi¨¦n queremos estudiar los l¨ªmites de las teor¨ªas de Einstein en energ¨ªas muy elevadas. Hay teor¨ªas que predicen que en escalas de distancia muy cortas el espacio tiempo tiene una estructura espumosa. Los rayos gamma tienen longitudes de onda muy cortas, as¨ª que sienten ya un poquito esta estructura espumosa. En algunos modelos los rayos gamma de alta energ¨ªa se propagan m¨¢s r¨¢pido o m¨¢s lento que la luz normal, lo que significa que la velocidad de la luz no es constante dependiendo de la energ¨ªa, algo que violar¨ªa la ley de Einstein. Eso ser¨ªa un indicio de que hay algo como esta espuma del espacio tiempo de gravedad cu¨¢ntica. Tanto la gravedad cu¨¢ntica como la materia oscura ser¨ªan ambos grandes descubrimientos que revolucionar¨ªan nuestra forma de pensar sobre el universo.

P. ?Pueden existir fuentes de rayos gamma que env¨ªen se?ales de objetos c¨®smicos que a¨²n no conocemos?

R. Entre las fuentes de rayos gamma que conocemos, hay algunas donde no vemos cu¨¢l es el objeto que los produce. Es una zona oscura del universo y de all¨ª vienen rayos gamma. Puede ser que tengamos que mirar con nuevos instrumentos o que se trate de un mecanismo totalmente nuevo.

P. ?De qu¨¦ nuevos objetos podr¨ªamos estar hablando?

R. Una posibilidad ser¨ªan conglomerados de materia oscura. La materia oscura es muy densa en el centro de la galaxia, pero tambi¨¦n hay conglomerados en otras zonas y podr¨ªa ser que fuesen el origen de algunos de esos rayos gamma porque solo lo ves en forma de aniquilaci¨®n de rayos gamma. De todos modos, es mucho m¨¢s probable que sea de un tipo de fuente que conocemos, como una estrella de neutrones que acelera las part¨ªculas y a¨²n no hayamos encontrado esa estrella de neutrones.