Sábado, 11 de enero de 2003

–La cuestión de los agujeros negros anda bastante bien, ¿en Francia?
–En el mundo entero.
–En el universo entero. ¿En la Argentina también?
–También.
–Bueno, será lo único que anda bien...
–¿Pero empezamos así, sin siquiera una introducción...?
–La ponemos ahora... lo de recién fue la obertura...

En el vecindario de la Vía Láctea son numerosos los objetos que llaman la atención por su extravagancia o por sus arrebatos de estrella. Pero, sin duda, unas de las vedettes de los últimos años son los misteriosos y huidizos agujeros negros que, a decir verdad, son más conocidos en el ámbito de la teoría y la ciencia ficción que en el propio campo de la empiria. A fines del año pasado, el astrofísico argentino Félix Mirabel por primera vez recolectó evidencias que vinculan un agujero negro con una supernova, en una relación estrictamente filial (a escala astronómica), al observar precisamente un agujero negro que se mueve a velocidades de vértigo que indican que sólo pudo ser resultado de una explosión estelar. Como una bailarina en un ballet cósmico, GRO-J1655-40 (tal es el nombre del agujero negro) no está solo en su deambular a 400 mil kilómetros por hora en la constelación de Escorpio: lo acompaña a 3,5 millones de kilómetros una estrella que orbita a su alrededor cada 2 días y medio. Pero GRO-J1655-40 no es el primer agujero negro de Mirabel: en 2001, había detectado otro (el primer microcuásar de la galaxia, esto es, un agujero negro con masa similar a la de una estrella). Es más: fue él quien bautizó con el nombre de microcuásares en 1992 a esta nueva clase de objetos celestiales (ver Futuro 15/9/01). Mirabel es investigador principal del Conicet, en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE). Por sus investigaciones, en 1996 obtuvo el premio de la Sociedad Americana de Astronomía, y en 1997 el Premio Nacional de Física de la Comisión de Energía Atómica de Francia. Mirabel, dialogó con Futuro sobre las curiosidades de estos objetos tan quisquillosos que rehúsan que alguien siquiera pose sobre ellos la vista.
–Bueno, ya está. Ahora hábleme de su trabajo y sus últimas andanzas en el campo de los agujeros negros.
–Ahora tenemos la convicción de que los agujeros negros existen. Había cierta resistencia por parte de los físicos y de algunos científicos pero en estos momentos hay un consenso generalizado de que los agujeros negros existen. Pero uno de los grandes problemas que se plantean en astronomía es cómo se forman. Es una de las cuestiones fundamentales. Y el último trabajo que hice está dirigido a responder esta pregunta.
–El que se publicó en Astronomy & Astrophysics.
–Porque de acuerdo a cómo se formen, los agujeros negros van a moverse en el espacio. Lo que es interesante es que los agujeros negros, siguiendo a la Teoría de la Relatividad General, son concebidos como curvaturas del espacio tiempo y nosotros estudiamos su movimiento en el espacio. Ahora, el problema central que yo....

Agujeros movedizos
–Cuando se mueve un agujero negro, ¿es un objeto físico el que se mueve o es curvatura de espacio tiempo que se desplaza?
–Es una curvatura en el espacio-tiempo que se desplaza.
–O sea, es como una onda.
–En cierta forma podríamos decir que sí que es como una onda. Cuando vemos por ejemplo no la cresta en una ola sino el pozo, sería algo equivalente. Le decía que este trabajo, bueno, en realidad es el segundosobre este asunto. El descubrimiento del primero (XTEJ 1118+480) fue publicado en la revista Nature el 13 de septiembre de 2001. Y pasó desapercibido por los acontecimientos que se saben.
–¿Cuáles?
–Las dos torres y eso.
–Ah.

¿Seguimos?
–Seguimos. Existen muchas teorías sobre la formación de agujeros negros pero muy pocas evidencias observacionales que nos permitan dirimir entre estas teorías y decir cuáles son correctas y cuáles no lo son. O sea, contrastar observacionalmente.
–Ahora, la historia es así: usted observó la velocidad de un agujero negro (GRO J1655-40) y dedujo de esa velocidad que este agujero negro se podría haber producido solamente en una supernova.
–Cierto. La idea es que los agujeros negros se podrían formar por implosión de una estrella y nada ser eyectado, que todo se vaya hacia el agujero negro, y si eso ocurre en general no hay movimiento. Pero si hay una explosión, o sea, una eyección de materia, el objeto resultante, esto es, el cuerpo del cual se produjo esta eyección va a recibir un impulso.
–Los agujeros negros tienen nombre.
–El objeto tiene un nombre que parece un número casi telefónico. El nombre de este tipo de objetos se los asigna por el satélite de radiación X que descubrió este objeto. En este caso el Gamma Ray Observatory. O sea, los agujeros negros básicamente se descubren justamente a través de la emisión de radiación X que producen (por eso a Giacconi le dieron el Premio Nobel).
–Claro, porque a ellos mismos no se los puede ver.
–Así es. Como son negros, ni la luz sale de ellos. Los agujeros negros...
–Ya que los nombramos a cada momento a lo largo de este diálogo, podemos abreviarlos como AN. Entonces, ¿por qué sale la radiación X?
–Porque cuando forman parte de un sistema doble o múltiple (es decir, el AN y alguna o algunas estrellas), alrededor del agujero se forma un disco de acreción, de materia que se aplasta contra el AN, cerca de su límite, que es el que se llama horizonte de eventos. Allí, cerca del horizonte de eventos, se produce esta radiación X. Es lo mismo cuando usted infla la goma de una bicicleta.
–No tengo bicicleta.
–Bueno, ¿pero puede imaginarse una bicicleta?
–Sí, creo que sí.
–Bueno, tiene que introducir el aire hacia la goma a través de un orificio muy pequeño y se siente que el inflador se calienta porque comprime el aire. Y el horizonte de eventos de un AN de por ejemplo 5 masas solares como este nuestro es una región del espacio que tiene una dimensión de unos 20 kilómetros nada más. Entonces usted –bueno, no usted exactamente– tiene que comprimir todo el gas para llevarlo hacia el agujero negro a una región, un orificio que tiene sólo 20 kilómetros. Y al comprimir ese gas, se calienta tanto que emite radiación. Por eso es que se descubren estos agujeros negros no a través de la emisión óptica que pudiesen producir y que es insignificante comparada con la energía que se radía en X.
–Bueno, este agujero negro se esta desplazando, ¿no? ¿Tiene una trayectoria?
–Sí. El primer agujero negro que descubrimos que se desplaza en el espacio a gran velocidad es el que reportamos en la revista Nature hace un año. Pero lo que ocurre es que el movimiento de ese agujero negro indica un origen que no es necesariamente explosivo porque se mueve como lasestrellas más antiguas de nuestra galaxia. Hace más de 7 mil millones de años se formaban estrellas masivas en lo que llamamos el “halo” y que dieron lugar a la formación de agujeros negros. El que encontramos hace un año se mueve a gran velocidad pero esa velocidad era una velocidad que probablemente no podíamos (y no pudimos) comprobar que fue impresa por una explosión sino que podía ser la velocidad típica de las estrellas y los cúmulos globulares de estrellas más antiguos de la galaxia que se han formado antes de que se formase el mismo disco de la galaxia y antes de que se formase el Sistema Solar y todos los planetas.
–¿Y éste?
–Este no se mueve como un objeto de los más antiguos, se mueve a gran velocidad en el plano de la galaxia, y esa velocidad sólo puede deberse a una explosión.
–¿Qué velocidad?
–Cuatrocientos mil kilómetros por hora.
–Parece mucho.
–Pero no es mucho, 120 kilómetros por segundo, nada comparado con la velocidad de la luz. Pero bueno, no hay estrellas que se hayan formado en el plano de la galaxia y se muevan de esta forma. Lo que implica es que el sistema binario debió haber recibido un impulso debido a una explosión que creemos que es la explosión natal de un agujero negro. Es decir, nació de la explosión de una estrella.
–Quod erat demostrandum.

Formacion de los agujeros negros
–En esa explosión natal, ¿cómo se formó el agujero negro? Una estrella voló por los aires y...
–Lo que ocurre es lo siguiente. Creemos... esto es ya es una teoría. Los agujeros negros son el resultado del colapso gravitatorio de estrellas muy masivas. Cuando se agota el combustible nuclear una de las teorías plantea que habría una fase en la que se forma una estrella de neutrones y las capas exteriores continúan cayendo. Entonces, allí se produce la explosión y parte de la materia vuela, pero parte vuelve a caer. Entonces cuando vuelve a caer y sobrepasa el límite de aproximadamente entre 2 o 3 masas solares, la estrella de neutrones colapsa hacia un agujero negro. Y creemos que en este colapso, como todo esto está rotando, hay también la formación de un disco de acreción que puede durar algunos minutos. Minutos, sí, dije bien, no ponga esa cara. Acá estamos hablando de escalas de tiempo de segundos. Se forma un disco muy denso y se producen fenómenos muy similares a los de los microcuásares: jets (chorros de materia y energía) que salen cuando se forma el agujero negro. Y estos jets tienen que atravesar la atmósfera que todavía está cayendo y allí cuando el jet llega a salir de la atmósfera es cuando repentinamente es acelerado, se produce un cambio de densidad muy brusco porque pasa de una zona muy densa al vacío. El jet es acelerado y si apunta hacia el observador se produce una fuente de destello de radiación gamma, que creemos que son las improntas de agujeros negros que se están formando en el Universo. Se observan uno o dos por día.

Asimetrias
–Entonces el agujero negro en particular se forma al colapsar una estrella. ¿Quién le pegó el empujón?
–Puede haber una pequeña asimetría en el colapso. Cuando una estrella colapsa, y en la medida que se junta la materia, rota cada vez más rápido y ahí no hay simetría esférica, y cuando se produce la explosión va a haber una asimetría. La explosión es tan poderosa que le imprime alremanente una gran velocidad... También, si se trata de un sistema binario, hay asuntos con la simetría... Esa es una pelea que tuve con los que hacen los comunicados de prensa porque pusieron que habíamos demostrado que la explosión había sido asimétrica. Lo que sí tenemos claro es que hubo una explosión. Entonces éste es el primer objeto para el cual existen ahora evidencias observacionales sólidas de que los agujeros negros se forman por explosiones como se forman las estrellas de neutrones.
–¿Todos se forman así?
–Bueno, es un problema saber si todos los agujeros negros –estos que son remanentes de estrellas– se forman por explosiones o no. Puede ser que se formen y que ¡puf!, todo se vaya hacia adentro y, bueno, existen teorías de que los AN más masivos (10 o 20 masas solares) se forman por implosión pacífica y silenciosa, digamos. O sea un AN quizá pueda formarse en una región del espacio determinada en forma silenciosa sin producir una explosión para el observador. Esta es una cuestión abierta. No sabemos si eso es así o no y si ocurre, bajo qué condiciones ocurre. Todo esto son preguntas que nos hacemos en estos momentos sobre la formación de AN. Que es una de las grandes cuestiones de la astronomía de este momento: cómo se forman los AN supermasivos. Por ejemplo, nuestra galaxia alberga en su centro un AN de 2 millones y medio de masas solares.
–¿Lo afirmaría?
–Sí, lo afirmo. Sí, porque justamente han habido resultados muy recientes casi simultáneos con el nuestro en los que se ha estudiado el movimiento de las estrellas que pertenecen al cúmulo más cercano al centro galáctico y se ve como se mueve. Y justamente se ha observado una estrella que al pasar por el pericentro (el punto más cercano al centro) alcanzó una velocidad de cinco mil kilómetros por segundo, que sólo puede atribuirse al empujón gravitacional de un agujero negro en el centro de la galaxia.
Existencia
–No tiene ninguna duda sobre la existencia de los AN, ¿no?
-Yo diría que es una duda que es equivalente a la que tengo sobre el conjunto de la física en este momento. Si no aceptamos la existencia de AN tenemos que cambiar toda la física. Y sabemos que la física funciona, que tiene que haber una correlación con el mundo objetivo porque la física ha sido capaz de transformar la naturaleza y usar sus fuerzas.
–La física construye matemáticamente un AN. La existencia de un AN no es un problema de la física. Es un problema empírico. Un número irracional es un objeto matemático. Pero que existan números irracionales en el mundo...
–Es correcto. Yo diría que lo que hemos encontrado es evidencia de regiones del espacio donde existe masa (y un campo gravitatorio muy intenso) y no hemos encontrado evidencia que esa masa tenga superficie material. Y yo he hecho experimentos observando fenómenos de acreción y de eyección simultáneos con varios instrumentos en Hawaii, radiotelescopios infrarrojos en Estados Unidos y desde el espacio. Vimos parte del disco de acreción que desaparece en forma silenciosa y en la que no hay ninguna explosión. Entonces lo que hemos encontrado... a mí me han criticado colegas, amigos, teóricos cuando yo decía que teníamos evidencia de la existencia de un horizonte. Ellos me dijeron: no, lo que vos lograste es tener la ausencia de evidencia de una superficie material. Porque demostrar que existe un AN es un poco como demostrar que algo no existe. Y demostrar que algo no existe es muy difícil.

¿Una ventana adonde?
–Un AN es como un orificio en el espacio-tiempo.
–¿Es un orificio que da a dónde?
–Hacia otro universo. Da hacia los límites de nuestro universo observable. Por eso es que yo me siento atraído por la física de los AN. No es solamente porque sean laboratorios ideales para testear la física en los límites más extremos (por ejemplo, los campos gravitatorios más intensos que no los hay más que en esas regiones). O sea que no sólo por ser los mejores laboratorios para la física de muy alta energía. Allí se producen fenómenos que no se pueden reproducir en los laboratorios terrestres. Siempre la astronomía ha funcionado como el laboratorio de frontera para la física.
–Desde Galileo, en cierta forma.
–Entonces me atrae mucho por esto pero también por razones digamos filosóficas. Porque acercarse a un AN es de algún modo acercarse a los límites del universo. O sea, los límites de nuestro universo observable. Siempre existe a nivel popular la pregunta: ¿y qué hay más allá? Bueno, y estos agujeros negros están al alcance de nuestra mano porque están aquí en nuestra galaxia, son, de algún modo, el análogo de los límites del universo a nivel cósmico. Pero son los límites de un universo observable. Existe un límite observable pero siempre que queremos llegar al horizonte, se aleja más.

Multiuniversos
–Usted me dijo que el AN que se mueve es una perturbación del espacio tiempo que se traslada como una onda en el continuum del espacio temporal sin transporte material. ¿Sí?
–Bueno, transporta la estrella compañera. La arrastra.
–Y esa perturbación arrastra también el disco de acreción. Y detrás del horizonte, ¿qué hay?, ¿qué pasa con la materia que atraviesa el horizonte?
–Desaparece de nuestro universo observable.
–¿Y?
–Bueno, eso ya son teorías. A lo que yo me dedico es el qué pasa con la materia cuando está muy cerca del horizonte, qué es lo que podemos observar. Cuando la materia se va más allá del horizonte... hay teorías (de los agujeros de gusanos del espacio-tiempo) según las cuales se pasaría hacia otro universo. Incluso se ha pensado que nuestro universo puede ser un AN. Hay muchas situaciones análogas entre el conjunto de nuestro universo y lo que sería el interior de un AN.
–¿Por ejemplo qué?
–Por ejemplo el radio de nuestro universo. Lo que se calcula como radio si uno toma la masa del universo, galaxias y materia visible y no visible (como la materia oscura) y calcula cuál sería la expansión del universo el tamaño es similar a la relación entre la masa y el radio del horizonte de un agujero negro. Son coincidencias muy extrañas. Yo he discutido con colegas teóricos y me dicen que no son más que coincidencias. Pero esas coincidencias me llaman la atención.
–Sí, con el dato de que hay una variable no muy segura que es la materia oscura.
–Sí, pero es un factor 10, un factor dentro del cual están los errores de nuestras mediciones.
–¿Usted cree eso?
–Yo creo que el universo es en forma análoga en su conjunto a un AN porque hoy hablamos de multiuniversos. O sea, de universos desconectados del mismo modo que nosotros estamos desconectados del universo que está más allá del horizonte de un AN tanto sea este que hemos observado ahora como el XT o el AN en el centro de la galaxia.
–Bueno, esas son conjeturas que no pueden tener corroboración. Los multiuniversos tienen un grado de desconexión que está fuera de la empiria.
–No, porque desde el punto de vista de la observación en nuestro universo que se expande y que tuvo una fase inflacionaria deben existir regiones que están circunscritas por un horizonte para nosotros. O sea, hay partes del universo que deben haber estado conectadas en cierto momento que ahora están desconectadas y de las cuales no podemos tener ninguna información. Y todo esto es por el límite superior de la velocidad de la luz. Hoy existe ya la convicción de que lo que hay es “multiversos” y no universos. El nuestro es uno de los tantos universos posibles.

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