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Físico gallego en la Universidad China de Hong Kong

Juán Calderón: “Podríamos ver el fondo cósmico de las ondas gravitacionales en el instante del Big Bang”

Juan Calderón en el Victoria Peak de Hong Kong

Juan Calderón en el Victoria Peak de Hong Kong

Juan Calderón Bustillo (Santiago de Compostela, 1988) completó la licenciatura de Física de cinco años en 2011 en la Universidad de Santiago de Compostela, y realizó una Maestría en Estudios Avanzados en Matemáticas en la Universidad de Cambridge en 2012. Obtuvo el doctorado en Física en la Universidad de las Islas Baleares y ocupó cargos de investigación en el Instituto de Tecnología de Georgia (Atlanta, EE UU) y en la Universidad de Monash (Melbourne, Australia) antes de unirse a la Universidad China de Hong Kong como profesor asistente de investigación.

Juan Calderón Bustillo (Santiago, 1988) ha estado en el núcleo del descubrimiento astrofísico del año, el de la mayor fusión de agujeros negros observada hasta la fecha, realizada mediante los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo. 

El físico silledense ha redactado la descripción de esta señal y ha realizado la estimación de las propiedades de ese par de agujeros negros. Habla con FARO desde Hong Kong, donde trabaja actualmente tras hacerlo en las universidades de Monash (Melbourne, Australia) y Georgia Tech (EE UU). En octubre se incorporará al Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de Santiago con una beca de “la Caixa”.

-¿Qué implicaciones tiene este descubrimiento, por qué es tan importante?

-Hay tres aspectos. El primero son los agujeros negros que han colisionado y han formado un agujero negro al final. Ese agujero negro final tiene una masa muy particular, unas 142 veces la masa del Sol. Hasta ayer conocíamos dos grupos distintos de agujeros negros: por un lado, los que tienen entre 3 y 80 veces la masa del Sol, que son los detectados hasta ahora tanto con ondas gravitacionales como con señales electromagnéticas. Por otro, los agujeros negros supermasivos, objetos de cien mil a miles de millones de veces la masa del Sol. Están en el centro de prácticamente todas las galaxias. La Vía Láctea tiene uno. No está claro cómo un grupo acaba evolucionando al otro, del pequeño al grande.

-¿Por qué?

-Los agujeros negros pequeños se supone que se forman de una estrella que ha colapsado sobre sí misma, son “cadáveres de estrellas”, por así decirlo. Cuando el combustible que hace posible las explosiones en una estrella se acaba, la estrella colapsa por su gravedad y forma un agujero negro. Para los pequeños tenemos ese mecanismo bien conocido. Para los grandes, está la hipótesis de que se forme por subsecuentes colisiones de agujeros negros. Pero al no haber ninguna observación en el rango intermedio de estas dos poblaciones, tampoco se podía garantizar que ese es el proceso. Este es como el eslabón perdido de la cadena, la primera vez que se observa uno en este rango.

Juan Calderón en Cíes FdV

-Hay un segundo aspecto que plantea dudas…

-Tiene que ver con los dos agujeros “padres” que chocaron, en particular con el más grande. Tiene una masa de unas 85 veces la del Sol y está en un rango en el que no pensamos que se podrían formar, por el colapso de estrellas que mencioné. Si las estrellas funcionan como creemos que funcionan, este agujero negro no se podría formar por el colapso de una estrella.

-¿Qué hipótesis se puede plantear?

-El choque de dos, anteriormente. Pero es muy difícil de determinar de dónde vino ese agujero negro. Sería hacer arqueología estelar.

-Hablaba de un tercer aspecto, más personal.

–Esto está más sometido a debate, pero creo que va a ser lo que haga que mucha gente publique artículos intentando explicar qué hemos detectado de modo alternativo. En todas las señales que hemos visto hasta ahora se distinguían bien las tres etapas en la colisión de los agujeros negros: primero orbitan el uno al otro, atrayéndose (espiral); luego chocan, formando un agujero negro deformado (fusión), como un cacahuete, y luego se asientan (relajamiento). Al provenir de algo tan masivo no vemos la etapa de espiral. Suponer que el objeto procede de dos agujeros en espiral que han chocado es más una hipótesis que puedas dar por seguro. Creo que va a dar lugar a que la gente empiece a proponer escenarios alternativos.

Agujeros negros

–¿Cómo cuáles?

–Una órbita excéntrica, más elíptica, que no habíamos visto hasta ahora. La señal también se parece mucho a la que podría venir de un choque “de cabeza”, en línea recta, sin espiral, de dos agujeros negros. Hoy [por ayer] presentamos un artículo en el que defendemos que esta hipótesis debería barajarse.

 

–-¿Cómo puede ser que la señal se encuentre a unos 17.000 millones de años luz de la Tierra, si la edad del Universo visible se estima en unos 13.800 millones de años?

–El truco es que, desde que esa señal se emitió hasta que ha llegado a la Tierra, el Universo se ha expandido. El Universo está en constante expansión, además acelerada. Le sonará la constante de Hubble, que dice cómo de rápido se alejan las cosas de ti según la distancia a la que estén.

–Por eso podemos saber si una estrella se acerca o se aleja, si tiende al rojo o al azul.

–Exacto. Lo tenemos que tener muy en cuenta con un evento tan lejano como este. El efecto de la expansión es muy significativo. Cuando se aleja de ti y emite una señal, ocurre como cuando pasa un fórmula uno por delante: cuando viene hacia ti oyes un sonido agudo, y cuando se aleja lo oyes grave. La señal corre al azul o al rojo. Con esto pasa lo mismo. La señal nos llega con una frecuencia más baja, con un tono mucho más grave, que el que tenía cuando se emitió. Cuando mides la masa en la Tierra te sale mucho más, unas 250 masas solares, y al corregirlo por este efecto te da 142.

–¿Cómo cuáles?

–Una órbita excéntrica, más elíptica, que no habíamos visto hasta ahora. La señal también se parece mucho a la que podría venir de un choque “de cabeza”, en línea recta, sin espiral, de dos agujeros negros. Hoy [por ayer] presentamos un artículo en el que defendemos que esta hipótesis debería barajarse.

 

7.000 mill./años luz es la distancia a la que se encuentra la señal

–-¿Cómo puede ser que la señal se encuentre a unos 17.000 millones de años luz de la Tierra, si la edad del Universo visible se estima en unos 13.800 millones de años?

–El truco es que, desde que esa señal se emitió hasta que ha llegado a la Tierra, el Universo se ha expandido. El Universo está en constante expansión, además acelerada. Le sonará la constante de Hubble, que dice cómo de rápido se alejan las cosas de ti según la distancia a la que estén.

 

–Por eso podemos saber si una estrella se acerca o se aleja, si tiende al rojo o al azul.

–Exacto. Lo tenemos que tener muy en cuenta con un evento tan lejano como este. El efecto de la expansión es muy significativo. Cuando se aleja de ti y emite una señal, ocurre como cuando pasa un fórmula uno por delante: cuando viene hacia ti oyes un sonido agudo, y cuando se aleja lo oyes grave. La señal corre al azul o al rojo. Con esto pasa lo mismo. La señal nos llega con una frecuencia más baja, con un tono mucho más grave, que el que tenía cuando se emitió. Cuando mides la masa en la Tierra te sale mucho más, unas 250 masas solares, y al corregirlo por este efecto te da 142.

85 veces la masa del sol

-Los proyectos internacionales LIGO y Virgo llevan pocos años funcionando. ¿Cuál puede ser el próximo gran descubrimiento con esta tecnología de detección altamente sensible?

-Nos falta tener, por ejemplo, un candidato claro y conclusivo de una fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro. Tenemos dos candidatos que hemos publicado, pero nunca hay una interpretación clara. Otra cosa que creo que sería lo mejor que se podría ver es algún tipo de colisión o de señal que se supiera que no procede de nada estándar que hayamos considerado hasta ahora. Algo que se pueda interpretar como materia oscura… Objetos que se llaman “exóticos”. Me he dedicado a estudiarlos. Predecirían nuevas partículas. Ver una de estas sería… Bueno, ¡me podría retirar! [risas]. Mirando al futuro, tienes los detectores espaciales LISA [Laser Interferometer Space Antenna]. Lo increíble sería ver el fondo cósmico de ondas gravitacionales, digamos que el temblor en el espacio tiempo que quedó después del Big Bang.

-Se ha detectado radiación electromagnética del Big Bang. ¿Es entonces posible, al menos en el plano teórico, detectar ondas gravitacionales del Big Bang? ¿Se podrá “ver” el Big Bang mediante el telescopio espacial James Webb?

-El problema con las observaciones que hay hasta ahora del espectro cósmico de microondas, o lo que pueda hacer el James Webb, es que esa medida está basada en recoger luz. Pero la luz empezó a poder viajar en el Universo 300.000 años después del Big Bang. Antes de eso, el Universo es opaco. No vas a ver más allá de esos 300.000 años con luz. Sin embargo, el universo siempre ha sido “transparente” a las ondas gravitacionales. No se conoce ningún mecanismo que prevenga eso. Así, en principio, y solo en principio, uno podría ver el fondo cósmico de las ondas gravitacionales en el instante del Big Bang.

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