‘Es posible que tengamos que esperar 100 años para desarrollar la tecnología que nos indique que la naturaleza va más allá de la teoría de Einstein. O puede pasar mañana’

Aunque la familia de Nicolás Yunes está llena de médicos, abogados y comerciantes, él sabía que lo que realmente le gustaba eran las matemáticas, la física y la astronomía. Por eso cuando este científico argentino, especializado en relatividad general y gravitación, vio en una beca de fútbol la oportunidad para continuar sus estudios en física en una universidad en el sur del estado de Illinois, no dudó en tomarla.

Un segundo momento definitivo en ese camino fue cuando, estudiando en esa misma institución se cruzó en su segundo año de licenciatura con el libro Gravitation, escrito por Charles W. Misner, Kip S. Thorne y John Archibald Wheeler, una publicación que lo puso en la ruta de los agujeros negros, las estrellas de neutrones, la teoría de Einstein y la cosmología.

Un campo en el que ha trabajado de cerca con Clifford Will, uno de los matemáticos vivos más reconocidos por su trabajo con la teoría de la relatividad general de Einstein y en sistemas binarios –de dos estrellas, planetas o agujeros negros moviéndose uno alrededor del otro- con quien se encontró tras ser transferido a la Universidad de Washington, institución donde obtuvo finalmente su título de físico.

“Me encantaba, me sigue encantando entender cómo se mueven estos cuerpos supermasivos uno alrededor del otro y cómo podemos describir ese movimiento matemáticamente con diferentes modelos, con diferentes precisiones. Will es uno de los expertos mundiales en ese tema. Aprendí mucho con él, en ese momento estaba muy interesado en poder detectar o modelar las ondas gravitacionales que estos sistemas producen.

Yunes, es uno de los físicos más prolíficos de la actualidad, se doctoró en la Universidad Estatal de Pensilvania en 2008. Tras un puesto de investigador asociado en la Universidad de Princeton y una beca Einstein en el MIT y Harvard, se incorporó al cuerpo docente de la Universidad Estatal de Montana (2011-2019) y luego aceptó un puesto docente en la Universidad de Illinois en 2019. También es el director fundador del Centro de Illinois para Estudios Avanzados del Universo.

En su paso por Colombia como uno de los oradores de la Conferencia Latinoamericana de Astrofísica y Relatividad 2024, habló con EL TIEMPO sobre cómo ha avanzado el conocimiento de la humanidad alrededor de temas como la energía y la materia oscura, los agujeros negros y la gravedad extrema y por qué teorías propuestas hace más de un siglo por Einstein se continúan sosteniendo a la luz de descubrimientos recientes.

¿Cómo podemos definir la gravedad extrema que usted estudia?

La gravedad, de acuerdo a las teorías que tenemos hoy, es una fuerza que atrae a objetos que tienen materia, que tienen masa, hacia otros objetos que también tienen masa. Pero lo que pasa en la Tierra, en el sistema solar, es que la fuerza de la gravedad es en realidad muy débil. 

Cuando uno empieza a considerar fuerzas de gravedad mucho más grandes, cosas súper raras empiezan a aparecer en la teoría. De hecho, la teoría de Newton deja de ser la teoría correcta y uno tiene que empezar a utilizar la teoría de Einstein para entender el movimiento de cuerpos que tengan mucha, mucha más gravedad. 

Un ejemplo de un objeto con mucha más gravedad es un agujero negro, una estrella completamente colapsada que tiene mucha masa, como la del Sol, pero adentro de una esfera bien chiquita, de un radio de 1 km y medio más o menos. Es tan fuerte la fuerza de la gravedad, que la luz que emite esa estrella no puede salir de la superficie de la estrella, se queda atrapada. Es por eso que llamamos a los agujeros negros así, porque no emiten luz.

A eso es lo que uno llama gravedad extrema o fuerte. La diferencia que a mí me gusta hacer cuando empiezo a hablar de esto, es que no solamente me gusta estudiar situaciones donde la gravedad es extrema, sino que además quiero estudiar situaciones donde estos objetos se están moviendo muy rápido y están colisionando.

¿Qué implica que estos objetos estén en movimiento?

No es solamente que la fuerza de la gravedad sea grande, sino que haya mucha dinámica en el sistema. Entonces, si uno estudia dos de estos agujeros negros que están colisionando, ahí la fuerza de la gravedad está cambiando un montón, porque pasa de ser la fuerza de los dos objetos a la fuerza de uno solo. Y eso ocurre muy rápido, porque los agujeros negros colisionan aproximadamente a alrededor del 30 o 40 por ciento de la velocidad de la luz. A eso es lo que yo llamo gravedad extrema, situaciones donde la gravedad es violenta y la evolución es muy rápida, cosa que las velocidades sean altas con respecto a la velocidad de la luz.

¿Cree que hoy sabemos un poco más sobre cosas que siempre nos han intrigado, como la materia oscura, la energía oscura, los mismos agujeros negros?

Cuando uno está al límite del conocimiento hay muchos misterios, y eso es lo más interesante, tratar de resolverlos, realizar experimentos u observaciones que puedan iluminarlos y para que podamos resolverlos. La detección de las ondas gravitacionales en el 2015 creo que es uno de los primeros grandes pasos a empezar a resolver algunos de estos misterios.

 La información que esas ondas gravitacionales tienen o codifican revelan un montón de misterios sobre los agujeros negros mismos. Por ejemplo, hoy sabemos que existen agujeros negros con masas 100 veces más grandes que la masa del sol porque hemos detectado las ondas gravitacionales producidas por dos agujeros negros, cada uno alrededor de 50 masas solares, que cuando chocan se forma se forma uno de 100 masas solares. También tenemos evidencia que existen agujeros negros supermasivos de millones de masas solares.

¿Por qué el descubrimiento de las ondas gravitacionales puso a prueba también la teoría de Einstein?

Otra cosa que no sabíamos era si la teoría de Einstein era la correcta para describir la colisión de estos agujeros negros. Porque esto es gravedad extrema y nunca habíamos tenido datos para poder explorar la naturaleza en esas circunstancias. Sabíamos lo que predecía la teoría de Einstein, predicciones que se hicieron mucho después de su muerte, porque tardamos aproximadamente 70 años como comunidad en tener predicciones. Pero no sabíamos qué es lo que iba a elegir la naturaleza. Hoy sabemos que Einstein va a estar muy contento porque, por ahora por lo menos, sigue eligiendo la teoría de Einstein como la explicación de qué es lo que ocurre cuando dos agujeros negros o cuando dos estrellas de neutrones colisionan.

¿Es impresionante para ustedes que Einstein siga teniendo la razón?

Sí, es absolutamente fascinante porque la teoría de Einstein es una ruptura de lo que nosotros concebíamos como la gravedad. Es la introducción de estas ideas medio esotéricas del espacio y el tiempo que no son absolutos, son relativos, y se pueden estirar y comprimir de acuerdo a los movimientos de los observadores, y de acuerdo a si hay objetos masivos lo suficientemente densos y cosas por el estilo. Una teoría tan loca uno pensaría ‘esto funciona ahora, pero dentro de 100 años no va a funcionar más’. Pero han pasado 100 años y la teoría de Einstein, experimento por experimento y observación por observación, sigue dándonos predicciones correctas que pueden explicar la naturaleza.

¿Ha fallado en algo?

Hay anomalías, por supuesto. Vemos galaxias donde las estrellas se mueven a velocidades que no se pueden explicar con la teoría de Einstein o la de Newton. A no ser que uno diga que existe materia oscura, materia que gravita pero que no ilumina la aceleración del universo que está ocurriendo en este momento. Todas las galaxias se están alejando unas de otras cada vez a velocidades más y más grandes, como un auto acelerando. Eso se podría explicar como la fuerza de una energía oscura. Pero no queda claro qué es. Por supuesto, puede uno puede entenderlo dentro de la teoría de Einstein como la constante cosmológica, un término matemático que uno agrega a las ecuaciones. Pero no es más que eso, un número. 

Si el valor de esa especie de comodín fuese diferente, no nos estaríamos expandiendo. El universo no estaría o no estaría acelerando. Si tuviese otro valor, podría estar contrayéndose y el universo terminaría en un big crunch en vez de en la muerte de la expansión. Entonces hay un montón de misterios que todavía no quedan del todo claros. 

Existe la posibilidad de que una observación mañana sugiera una nueva anomalía o un nuevo efecto que no encaja con la teoría de Einstein, pero por ahora no. Es posible que tengamos que esperar 100 años más para poder desarrollar la tecnología que nos permita hacer las observaciones que indiquen que la naturaleza va más allá de la teoría de Einstein. O puede pasar mañana.

Ahora que tenemos nuevos instrumentos como el telescopio espacial James Webb y el Euclid, ¿cree que eso puede significar una nueva etapa de descubrimientos?

Sí, por supuesto. A medida que vamos construyendo e inventando telescopios nuevos, desarrollando tecnología nueva para poder realizar esas observaciones, seguro pueden aparecer cosas que no esperábamos. Por ejemplo, hay un telescopio que se llama Nicer (Neutron Star Interior Composition Explorer) que está montado en la Estación Espacial Internacional y está enfocado en unas estrellas de neutrones, una estrella mucho más chiquita que el Sol que tiene la misma cantidad de masa pero en un radio de unos diez kilómetros, lo que la hace más densa. 

Es tan densa la estrella Neutrón que dentro de ella no tenés simplemente la materia que uno esperaría en la Tierra, con protones, electrones, neutrones, sino que a medida que la densidad aumenta, a medida que uno empieza a considerar la materia cada vez más cerca del centro de la estrella, empiezan a flotar los quarks y a formarse una especie de sopa. No sabemos exactamente qué hay dentro de estas estrellas, pero con las observaciones de Nicer podemos ver los rayos X que son emitidos en la superficie y esa es la modulación de rayos X codifica información sobre el tamaño de la estrella, su radio, lo que tiene una consecuencia importante en cuanto a qué es lo que pueda estar dentro. 

Con observaciones así, cada vez vamos a poder llegar más lejos en cuanto a resolver los misterios de los que hablábamos. Pero a mí lo que me parece más impresionante son las ondas gravitacionales, es como ir al universo de una manera completamente diferente porque proveen esa información que no podemos obtener con telescopios normales como Euclid o como Nicer, porque estas no son absorbidas por el gas que está en el camino de la luz, atraviesan todo y nos llegan a como si fuese agua limpia del manantial, sin ningún tipo de imprecisiones.

¿Qué información podemos obtener con las ondas gravitacionales?

Tienen un montón de información tanto de astronomía como de física. Uno puede preguntarse ¿cuántos agujeros negros de una determinada masa existen en el universo? ¿Cuál es la distribución de masas? ¿Cómo se forman estos agujeros negros? ¿Cuál es la evolución de las estrellas?. En física podemos contestar preguntas como a qué velocidad se mueven las ondas gravitacionales. Einstein dice que es la velocidad de la luz y en 2017 pudimos descubrir que efectivamente se mueven a esa velocidad, por lo menos con una precisión de una parte en 10 a la 15. Es una precisión magnífica sobre la velocidad de algo, en este caso de las ondas gravitacionales.

ALEJANDRA LÓPEZ PLAZAS

REDACCIÓN CIENCIA

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