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Trazando una línea de la historia del universo

Entrevista a a la doctora Priya Natarajan, profesora de Física y Astronomía en la Universidad de Yale, y del Centro de Cosmología Oscura del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague

27/07/2012 - Autor: Mustafa Tabanli - Fuente: Revista Cascada
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La doctora Priya Natarajan

Biografía

La Doctora Priya Natarajan es profesora de Física y Astronomía en la Universidad de Yale, además de profesora adjunta en el Centro de Cosmología Oscura del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, Dinamarca. Su campo de investigación incluye la cosmología, la óptica gravitacional y la física de agujeros negros. Es licenciada en física y matemáticas por el Instituto Tecnológico de Massachusetts, y se doctoró en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, donde fue miembro del Trinity College y elegida para emprender una beca de investigación que mantuvo desde 1997 hasta 2003. Siente especial interés por la divulgación científica y es miembro de la Junta de Asesoría Científica para la serie de la televisión pública.

Introducción

Los seres humanos se han estado haciendo preguntas acerca del origen de nuestra existencia y sobre la estructura de nuestro universo desde hace miles de años. Este cuestionamiento formó la disciplina de la cosmología. La doctora Natarajan explora la naturaleza de nuestro mundo y comparte sus puntos de vista acerca de cómo los nuevos descubrimientos científicos están modificando nuestra comprensión del universo y de nuestro lugar en él. Hasta hace muy poco, el universo había sido considerado como un vasto espacio vacío. Sin embargo, la teoría de la materia oscura afirma que el universo no está vacío, sino que está lleno de materia invisible. La doctora Natarajan señala que, según van surgiendo nuevos misterios, nuestra esencial curiosidad humana no nos deja más opción que explorar el universo y tratar de ver cómo encajamos en tan vasto escenario.

Mustafa Tabanli. Doctora Natarajan, usted trabaja sobre la materia oscura en el universo. ¿Cuál es la teoría?

— Doctora Natarajan. Resulta que la mayor parte de la materia en el universo no está constituida de los átomos ordinarios de que estamos hechos tú y yo, o el universo que conocemos y experimentamos, sino que está hecha de esta misteriosa partícula. El noventa por ciento de toda la materia en el universo es materia oscura, y creemos que este conjunto de partículas fueron creadas muy tempranamente en el universo. Estas partículas no tienen carga, pero tienen masa. Al constituir la mayor parte de la masa del universo, resulta que lo que realmente forman es el andamiaje del cosmos, sobre el que se forman todas las galaxias, estrellas, etc. Son una especie de base o marco dentro del cual los átomos comunes se enfrían para formar las galaxias estelares donde hemos sido creados.

¿Cuál es la prueba de su existencia? 

— La razón por la que materia oscura nos sigue pareciendo un misterio, -aunque haya incontables evidencias de su existencia- es el hecho de que sólo se detecta indirectamente. Lo que quiero decir con esto es que su presencia es detectada porque tiene masa y que, dado que no tiene ninguna carga, no puede asociarse a ninguna radiación. El hecho es que no se detecta su radiación en ninguna longitud de onda del espectro electromagnético: no hay rayos X, ni rayos gamma, ni luz visible capaz de detectarla, nada. Pero dado que la materia oscura tiene masa, aporta gravedad, por lo que sufre, en sí misma, atracción gravitacional, y así se cohesiona. Es esta agrupación de la materia oscura, el hecho de que sea compacta, lo que nos permite constatar sus efectos.

¿Qué pasa cerca de las regiones donde se agrupa la materia oscura? En sus documentos de investigación utiliza la curvatura de los rayos de luz. ¿Cómo los observa?

— La principal evidencia es la curvatura gravitatoria de la luz producida por el conjunto de la materia oscura. El universo está compuesto realmente de una distribución homogénea de materia oscura, con muchos cúmulos regionales donde esta materia se ha agrupado permitiendo la formación de galaxias. La presencia de estas grandes cantidades de materia oscura hace que la luz de fondo de las galaxias se dirija hacia nosotros de manera curvada. Las formas actuales de las galaxias que están detrás de una gran concentración de materia oscura, y que se hallan dentro de nuestra trayectoria visual, aparecen en realidad distorsionadas cuando las observamos. La materia oscura, en general, está distribuida de forma homogénea en todas las regiones del universo. Pero son estas regiones particulares las más densas. Así que podemos observar aquellas zonas donde la materia oscura no está tan densamente distribuida, mirar las formas de las galaxias que no están distorsionadas, y luego utilizar esto para inferir la cantidad de distorsión que en realidad estamos viendo cuando avistamos un cúmulo, y deducir su existencia a partir de esta distorsión.

Debido a que la fuerza de distorsión es directamente proporcional a la masa, podemos deducir la cantidad de masa que existe entre nosotros y los objetos.

¿Existe alguna otra evidencia además de la curvatura de los rayos de luz?

— La otra evidencia elude el hecho de que la materia oscura en realidad proporciona la base para la formación de estrellas y galaxias. Si nos fijamos en los movimientos de las estrellas y galaxias, encontramos una diferencia con el sistema solar, donde podemos observar la velocidad de los planetas de dicho sistema en función de su distancia al Sol, y nos encontramos con que esta aceleración comienza a disminuir. Así, los planetas de las regiones interiores se mueven muy rápido, sienten la gravedad del Sol con mucha más fuerza que los planetas exteriores, que en realidad no se mueven con tanta celeridad. Si describimos la velocidad desde el centro o desde el Sol hacia el exterior del sistema solar, las velocidades irán disminuyendo. En cambio, si tomamos como referencia una galaxia y hacemos el mismo experimento, vemos las estrellas desde diferentes radios y, al tratar de observar su velocidad, vemos que a medida que avanzan hacia el exterior van acelerándose. Y la única manera que tienen de hacerlo es porque hay algo que está asentado en el exterior de la galaxia que las sostiene, por así decirlo, y que tiene gravedad. Además, resulta que nuestro modelo actual nos indica que la mayoría de las galaxias tienen halos de materia oscura muy extendidos. La clave está en que hay una gran cantidad de materia oscura en la parte exterior de la galaxia y más allá de donde se ven las estrellas.

Las otras líneas que evidencian la existencia de materia oscura provienen de observaciones del universo a mayor escala. Uno de los restos o reliquias de la gran explosión del Big Bang es esta radiación de fondo de microondas que se detecta actualmente en el universo. Fue una radiación muy caliente que se ha ido enfriando con la expansión del universo, y estamos inmersos en ella. Quiero decir que está en todas partes, en todas las direcciones, y las mediciones de la dependencia direccional de la radiación de fondo muestran que es muy uniforme. Pero en cierta medida es anisotrópica, por lo que hay zonas frías y zonas calientes en el cielo. A escalas muy pequeñas podemos observar estos puntos fríos y calientes. Estos puntos junto con la isotropía en las microondas de fondo sugieren exactamente este modelo, el modelo de materia oscura fría, el cual, como he dicho, se asienta en la temprana generación del universo, y en estas partículas de materia oscura.

Así que sabemos que existen. Pero ¿cuál es su esencia? ¿Cuáles son sus propiedades?

— Esto sigue siendo un profundo misterio. De hecho, no conocemos su naturaleza, pero parece ser que se trata de colisiones. Es un modelo muy intuitivo y contradictorio. Esa es una de las cosas que encuentro fascinante, el hecho de ser tan contradictorio e intuitivo. Estas partículas son en realidad colisiones. Esto significa que cuando dos partículas de materia oscura se aproximan entre sí, pasa la una a través de la otra, en realidad no rebotan entre sí, así que estas partículas no colisionan, lo que significa que no sufren ninguna presión, ya que la presión se genera por colisión. Así que son partículas sin presión que tienen masa. La gravedad las mantiene unidas, pero no chocan en realidad.

Así, la comprensión actual de la materia oscura nos dice que, sin duda, ésta se genera muy tempranamente en el universo y se agrupa con mucha fuerza distribuyéndose a escalas muy diferentes en el universo, por lo que es como una superficie lisa donde hay muchas agrupaciones en la parte superior de la misma, y así sucesivamente.

En cuanto a la masa de la materia oscura ¿de cuánta masa estamos hablando en realidad? Si no hay ninguna agrupación, o algo parecido, en el volumen de la Tierra, por ejemplo, ¿cuál es la cantidad total de materia oscura de la que disponemos?

— Bueno, creo que la respuesta está en la posición de la Tierra y en la posición del Sol tomando como referente el centro de nuestra galaxia. No estamos realmente dominados por la materia oscura, ya que la materia oscura, en ese radio, no constituye una parte significativa de la masa. Estamos bañados en ella, pero la densidad es bastante baja. Es en la parte más profunda de nuestra galaxia, donde la densidad es muy, muy elevada, por lo que en realidad es de esperar que las regiones más centrales de nuestra galaxia sean un lugar muy complicado, violento, y donde sabemos que existe un agujero negro. Se trata de un agujero negro que no está hecho de materia oscura, un agujero negro que ha engullido gas, que ha crecido aproximadamente un millón de veces el tamaño de la masa del Sol, y que está posicionado en el centro conformando un lugar muy violento para las estrellas, ya que puede fraccionarlas, etc. Y todo este sistema está integrado en una región muy, muy densa, llena de materia oscura.

¿Cómo es su trabajo diario? ¿De dónde obtiene los datos sobre los rayos de luz que se dirigen cerca de las regiones con alta densidad de materia oscura?

— Soy una persona teórica y eso significa que en realidad construyo modelos, pero son modelos basados en observaciones. La teoría se ha transformado en los últimos 10-15 años a causa de la cantidad de datos que el progreso tecnológico nos ha ofrecido.

Por ejemplo, el telescopio espacial Hubble realmente ha transformado el tipo de modelo que se puede hacer. En realidad, utilizo los datos que han obtenido y definido otras personas, las cuales me los han facilitado. Se trata de imágenes muy distorsionadas de galaxias de fondo, y cuya distorsión se ha producido a causa de las enormes cantidades de materia oscura contenida en un cúmulo de galaxias.

La curvatura de los rayos de luz fue predicha por la teoría general de la relatividad. ¿La utiliza para hacer sus cálculos?

— Es una hermosa teoría. Creo que la gente realmente ha entendido el estatus de que goza Einstein. Para mí, lo más fascinante de él es la profunda comprensión que tenía de este desconcertante fenómeno. Él fue capaz de ver las conexiones y las síntesis. Obviamente, el principio general de que la geometría, el destino y el contenido del universo deben estar vinculados implica una visión profunda. En realidad me parece increíble que su mente le permitiera teorizar de la manera en que lo hizo, un hecho que ha permitido a gente como yo usar la relatividad general, y constatar su elegancia característica, simplemente aplicándola y probándola.

¿Podría decirse que su trabajo es enigmático?

— Quiero enfatizar el hecho de que este es un momento particularmente maravilloso para la cosmología, un momento muy especial. No quisiera utilizar la expresión «Edad de Oro», de la cual se abusa tan a menudo, pero podemos emplearla debido a la confluencia de los avances tecnológicos con el tipo de datos que podemos obtener y con el nivel de entendimiento que hemos alcanzado. Este es un momento muy especial para hacer este tipo de trabajo, un tiempo en el que el misterio de la función o papel de la materia oscura podría ser o no resuelto a lo largo de mi vida.

Si quisiera describir su trabajo, ¿qué término utilizaría?

— De la forma más descriptiva, supongo. Lo que realmente hago es trazar una línea de la historia. Trazar una línea de la historia del universo. Es decir, dibujo un relato de cómo se forma la secuencia de eventos de una estructura y su ensamblaje. La clave está en que eres guiado, tienes unas cuantas instantáneas, unos pocos datos, y a continuación tienes que extrapolar y hacer algunas predicciones. El objetivo del tipo de trabajo que yo hago es hacer predicciones, y hacer que se tomen en serio, ya sean falsas o muestren ser verdad, y lo que es interesante acerca de este momento en particular es que la gente puede falsear tus teorías o tus modelos en un período de tiempo muy corto.

¿No es interesante que podamos realmente hacer del universo una historia?

— Creo que lo fascinante, desde mi punto de vista, es que la cosmología es algo místico y misterioso al mismo tiempo, y es muy abstracta. No es intuitiva, ya que las escalas con las que estoy trabajando en términos de distancias, masas y energía, son insondables. Así que constituye una verdadera e irresistible atracción para cierto tipo de personas que hacen este tipo de trabajo. Y creo que el universo es un tema suficientemente bueno como para una trazar una historia, debido a la amplia gama de fenómenos que ocurren en él. Posiblemente por ello, en todas las civilizaciones antiguas hay una cierta noción de cosmogonía unida a la fascinación que provoca la idea de «de dónde venimos». No quiero parecer arrogante diciendo que esta es la cuestión fundamental, pero obviamente, es una cuestión ineludible el preguntarnos «de dónde venimos».

¿Es la sensación de asombro la que anima sus investigaciones?

— Hay una sensación de asombro que el universo genera y creo -personalmente soy un poco aventurera- que si pudiera imaginarme a mí misma habiendo nacido hace 200 o 300 años atrás, habría sido una exploradora. También creo que siempre hay gente así entre nosotros, que quieren explorar de diferentes maneras. Quiero decir que hay algunas personas que quieren explorar a través de la música. Y hay fronteras que se quieren romper a través de la música, y disponen de la creatividad para hacerlo. Y además creo que para muchos de los que estamos inmersos en la ciencia, y en la cosmología en particular, hay un sentido de exploración, un sentido de examinar o tratar con cosas que están realmente, en cierto sentido, en el límite de nuestras capacidades.

De alguna manera, uno de los frutos más importantes del proceso y que nos llega a lo largo de éste es nuestra imaginación. Y la imaginación humana es también una parte del universo.

Por supuesto. Es una parte ineludible del universo y lo que es fascinante es la idea de que tenemos incluso la capacidad de contemplar el origen del universo, dando por hecho que somos una parte del mismo.

Muchas personas se acercan a la ciencia de una manera útil y esto no es lo que usted está haciendo.

— Creo que el hecho de que no sea utilitario es precisamente lo que me atrae de la ciencia. Es la otra cara de la moneda, por lo que probablemente no está tan bien financiada, y los científicos deberíamos estar mejor financiados de lo que lo estamos, porque se trata de una curiosidad humana fundamental. Hay un enorme interés público en lo que hacemos y el nivel de financiación que tenemos no lo refleja. Por ejemplo, obviamente, la medicina es muy crítica. Es de vital importancia para nuestra existencia. Sin embargo, la disparidad en cómo se financia y cómo son financiadas las ciencias puras es inquietante. Creo que como cultura, como mundo, podemos darnos el lujo de caer en la comprensión de las ciencias básicas, en parte porque hay un resultado derivado de todo el trabajo que hacemos. Es impredecible, y pienso que eso es lo que fascina. No hay beneficios garantizados para la humanidad o para la sociedad de hoy que puedan aportar los cosmólogos. Sin embargo, se puede satisfacer esta hambre de saber e ir más allá; satisfacer tu hambre y sed en el día a día.


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