¡°Cuando choquemos contra otra galaxia no notaremos nada¡±

Amina Helmi (Bah¨ªa Blanca, Argentina, 1970) indaga desde hace a?os sobre uno de los grandes misterios del cosmos. En los a?os 30, el astr¨®nomo suizo Fritz Zwicky propuso la existencia de una materia invisible en el universo que afectaba a los movimientos de la materia que s¨ª ve¨ªamos. 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 r¨¢pido. Si se ten¨ªa en cuenta la masa de los objetos brillantes que se pueden observar a trav¨¦s de telescopios y las leyes f¨ªsicas conocidas, la velocidad a la que se mueven las estrellas deber¨ªa disminuir conforme aumentase su distancia hasta el motor gravitatorio que se encuentra en el centro gal¨¢ctico. Sin embargo, eso no suced¨ªa. Una fuerza invisible parec¨ªa proporcionar la sujecci¨®n necesaria a los astros para orbitar a gran velocidad sin salir disparados. Esa fuerza, se teoriz¨®, la proporcionaba un halo descomunal e invisible de materia oscura, mucho m¨¢s abundante que la materia visible, que rodeaba la galaxia.

Helmi, catedr¨¢tica en el Instituto Astron¨®mico Kapteyn de la Universidad de Groninga (Pa¨ªses Bajos), participa en la misi¨®n Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), que est¨¢ caracterizando las propiedades de mil millones de estrellas de la V¨ªa L¨¢ctea. Con esa peque?a fracci¨®n de todas las estrellas que componen nuestra galaxia, un 1% del total, se quiere crear un mapa tridimensional que revelar¨¢ su composici¨®n, formaci¨®n y evoluci¨®n. Entre otras cosas, ese mapa puede ayudar a explicar qu¨¦ es la materia oscura y c¨®mo se forman las galaxias. La semana pasada, visit¨® Madrid invitada por la Fundaci¨®n BBVA. En la sede de la instituci¨®n en la capital espa?ola y dentro de su ciclo de astrof¨ªsica y cosmolog¨ªa, pronunci¨® la conferencia La fascinante V¨ªa L¨¢ctea.

Pregunta. ?Cu¨¢ndo sabremos qu¨¦ es exactamente la materia oscura?

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

Respuesta. En los pr¨®ximos diez a?os vamos a poner a prueba todas las predicciones del modelo cosmol¨®gico y de lo que es la materia oscura, tanto en la V¨ªa L¨¢ctea como en algunas de sus galaxias sat¨¦lites, pero tambi¨¦n a una escala mucho mayor. Con Gaia lo vamos a hacer en la V¨ªa L¨¢ctea y sus sat¨¦lites, y con otras misiones de la ESA, como Euclid, va a ser a la escala de todo el universo. Con eso tendr¨ªamos que saber de qu¨¦ tipo de materia oscura hablamos o si la materia oscura no es una soluci¨®n para explicar lo que observamos, que tambi¨¦n es una posibilidad. Si comprobamos que la materia oscura es de un tipo concreto, la idea ser¨ªa buscarla despu¨¦s tambi¨¦n en la Tierra, detectar las part¨ªculas y comprobar que son del mismo tipo.

P. Los bi¨®logos descubren con bastante frecuencia especies inesperadas. Da la sensaci¨®n de que los f¨ªsicos te¨®ricos tienen mucha m¨¢s capacidad para realizar previsiones sobre los objetos que encontraremos en el universo, por extra?os que puedan parecer. ?Qu¨¦ posibilidades hay para encontrar sorpresas en la observaci¨®n del cosmos?

R. No sabemos qu¨¦ es la materia oscura as¨ª que el factor sorpresa puede ser grande. Tenemos un modelo cosmol¨®gico que funciona bien, pero hay aspectos en los que se contradice con lo que vemos. As¨ª que es posible que el tipo de materia oscura que descubramos no sea un WIMP [part¨ªculas masivas que interact¨²an d¨¦bilmente de las que se cree que est¨¢ hecha la materia oscura] sino que sean distintos tipos de WIMPS. O incluso que algunos sean part¨ªculas que no interact¨²en y otras que s¨ª. Pero es posible hacer predicciones, no es tan dif¨ªcil como si hablamos del cerebro o de seres vivos.

En astrof¨ªsica o astronom¨ªa, las leyes sobre c¨®mo se comporta el universo las entendemos. Pero tambi¨¦n hay cosas que no sabemos. Las estrellas dentro de estas peque?as galaxias sat¨¦lites de la nuestra no se mueven como predice el modelo cosmol¨®gico y eso puede significar que la materia oscura no es lo que hemos asumido hasta ahora. O incluso, puede que la f¨®rmula que nos sirve para calcular la masa que hay en las galaxias y que nos indica que hay m¨¢s de la que vemos no sea correcta. Puede que sea un fallo que surge de que no entendemos bien la fuerza de gravitaci¨®n. As¨ª que puede haber sorpresas.

P. ?C¨®mo empez¨® la V¨ªa L¨¢ctea, cu¨¢l 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 m¨¢s masa, y se van formando nuevos objetos. La idea fundamental es que las galaxias como la V¨ªa L¨¢ctea se formaron por fusi¨®n de objetos muy peque?os. Estos objetos est¨¢n dominados por la materia oscura. Eso atrae gas y del gas se forman estrellas y cuando se fusionan las estrellas por la fuerza de gravitaci¨®n, se producen galaxias cada vez mayores.

Si quieres probar si esa es la forma en que se cre¨® la V¨ªa L¨¢ctea, como la materia oscura no se ve, puedes hacerlo analizando las estrellas que se formaron en aquellos primeros momentos. Buscas las estrellas m¨¢s antiguas, porque estos procesos de fusi¨®n ocurrieron en el universo muy temprano. Eso da lugar al halo estelar de la V¨ªa L¨¢ctea. Despu¨¦s la idea es que una vez que la galaxia adquiri¨® una masa lo bastante grande, se form¨® un disco de gas que fluy¨® hacia el centro y eso es lo que consideramos la V¨ªa L¨¢ctea en s¨ª misma. La idea es que el Sol se form¨® en el mismo disco de la V¨ªa L¨¢ctea, no lleg¨® desde otra galaxia, pero hay muchas estrellas del halo que presumiblemente se formaron en estas galaxias m¨¢s peque?as. Nuestro trabajo es como construir un ¨¢rbol geneal¨®gico de la V¨ªa L¨¢ctea.

P. ?Qu¨¦ edad tendr¨ªan estas estrellas m¨¢s antiguas?

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

P. ?Se formaron donde est¨¢n ahora?

R. La idea es que se formaron en estos primeros grumos y son la segunda o tercera generaci¨®n de estrellas que se form¨® en el universo. Hay estrellas que se formaron antes del cu¨¢sar [conocido recientemente] que se form¨® solo 690 millones de a?os despu¨¦s 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 a?os del universo.

P. Los sistemas planetarios en torno a esas estrellas, ?podr¨ªan ser similares al nuestro o no tendr¨ªan 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 ¨¦poca 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, as¨ª que no da tiempo a que se formen planetas a su alrededor. Adem¨¢s, para formar un planeta como la Tierra necesitas metales, elementos m¨¢s pesados que el helio y el hidr¨®geno. En estos estallidos de supernova se forman estos elementos m¨¢s 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 qu¨¦ todas las galaxias como la nuestra tienen un agujero negro supermasivo en su centro?

R. Existe una relaci¨®n entre este agujero negro y el resto de la galaxia, pero no se entiende en detalle por qu¨¦ 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 m¨¢s masa. La cantidad de masa de una galaxia es predominantemente materia oscura y determina el crecimiento y la din¨¢mica de una galaxia. El agujero negro tiene otro rol. En cierta forma parece impedir que las galaxias m¨¢s grandes sigan formando estrellas. Hay galaxias que tienen hasta diez veces la masa en estrellas de la V¨ªa L¨¢ctea, y en principio los modelos predec¨ªan que podr¨ªan ser hasta cien veces m¨¢s grandes. Pero no vemos galaxias de ese tama?o. En un momento dado hay un l¨ªmite sobre el tama?o de una galaxia y se cree que eso est¨¢ regulado por el agujero negro.

P. Usted ha estudiado la canibalizaci¨®n de galaxias. ?Qu¨¦ pasar¨¢ si chocamos con otra galaxia? ?Ser¨¢ 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 Ca?¨®n del Colorado. La mayor parte del espacio est¨¢ vac¨ªo 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 a?os nuestra galaxia se fusionar¨¢ con Andr¨®meda, otra galaxia gigante cercana. En ese momento, el impacto sobre la Tierra, si todav¨ªa existe, va a ser m¨ªnimo. Cuando choquemos no notaremos nada. Lo ¨²nico que se notar¨¢ es que cambia en el cielo la distribuci¨®n de estrellas. Ahora vivimos en un disco y cuando dos galaxias que son disco se fusionan, eso da lugar a una galaxia el¨ªptica. Si miras el cielo cuando Andr¨®meda y la V¨ªa L¨¢ctea se fusionen, no vas a ver la banda de estrellas que ahora ves sino una distribuci¨®n m¨¢s o menos uniforme.