Al dirigir la mirada al cielo en una noche despejada, las estrellas maravillan a quienes las observen. En cada pedacito del cielo hay múltiples secretos por descubrir. James Peebles, Michel Mayor y Didier Queloz acaban de recibir el Premio Nobel en Física 2019 por sus aportes en el campo de la cosmología y la astronomía, que ayudaron a conocer, aunque sea un poco más, el universo.

En ya una tradicional nota del Balseiro, que se publica cada año en la misma la semana del anuncio, dos profesores fueron convocados por el Área de Comunicación de este instituto para explicar cuáles son los aportes científicos de los galardonados con el Premio Nobel en Física 2019. En esta ocasión, aceptaron la invitación a participar dos docentes del Balseiro: Silvia Mollerach y Guillermo Abramson.

Ahora bien, ¿quiénes son los galardonados y por qué recibieron el Premio Nobel en Física este año? James Peebles, de la Universidad de Princeton, de los Estados Unidos, fue galardonado con la mitad del citado Premio Nobel “por su descubrimientos teóricos en la cosmología física”, según informa la Real Academia de Ciencias sueca en su comunicado de prensa. Peebles ayudó a fundar la cosmología con sus ideas de la estructura y la historia del universo. “Usando sus herramientas teóricas, James Peebles fue capaz de interpretar las trazas de la infancia del universo y descubrir nuevos procesos físicos”, agrega el comunicado.

Michel Mayor, de la Universidad de Ginebra, de Suiza, y Didier Queloz, de esa misma universidad y también de la Universidad de Cambridge, del Reino Unido, recibieron la otra mitad del Premio Nobel en Física 2019. Son los responsables del primer descubrimiento de un planeta orbitando una estrella similar al sol fuera del sistema solar. El hallazgo fue realizado en octubre de 1995 y desde entonces se han descubierto 4000 exoplanetas en la Vía Láctea. “Extraños nuevos mundos están siendo descubiertos, con una gran variedad de tamaños, formas y órbitas”, detalla la Real Academia de Ciencias sueca.

Universo evolucionado

Ante la consulta de si la sorprendió el anuncio del Premio Nobel en Física 2019 para James Peebles, Silvia Mollerach responde: “La verdad que sí, aunque es uno de los físicos que desde mi época de estudiante admiré muchísimo por sus varias contribuciones al desarrollo de los modelos cosmológicos. Se animó a aplicar las leyes de la física que todos conocemos al universo entero, ayudó a hacer predicciones muy precisas sobre el fondo de microondas y la formación de estructuras como galaxias y cúmulos, que con el enorme desarrollo de las observaciones en las últimas décadas, convirtieron a la cosmología en una ciencia de precisión”.

¿Qué es la radiación de fondo de microondas y por qué es tan importante? Mollerach, que es profesora invitada en el Instituto Balseiro, explica que la radiación cósmica de fondo es una de las evidencias más importantes del modelo del Big Bang y de la expansión del universo. La científica es además investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) en el grupo de Física de Partículas del Centro Atómico Bariloche.

“En el pasado, el universo era mucho más denso y caliente. Cuando la temperatura era muy alta, el universo era un plasma con protones, electrones y fotones en equilibrio térmico, interactuando permanentemente. Cuando debido a la expansión, la temperatura baja y los fotones ya no tienen energía suficiente para volver a ionizar a los átomos de hidrógeno que se van formando por la combinación de electrones y protones, el universo se vuelve eléctricamente neutro y los fotones pueden viajar libremente, prácticamente sin interactuar con la materia. Esta es la radiación cósmica de fondo, que se originó unos 400 000 años después del Big Bang”, explica Mollerach.

“Teniendo en cuenta que el universo tiene hoy 13 800 millones de años, son unos fotones muy viejos. Su importancia viene precisamente de que nos traen información de cómo era el universo en la época en que comenzaron su viaje. Su temperatura es casi la misma en todas las direcciones del cielo, lo que indica que el universo es muy parecido en regiones que están hoy muy apartadas”, cuenta la física egresada de la Universidad de Buenos Aires.

“Sin embargo, hay pequeñas diferencias de temperatura en distintas direcciones, que se originaron en las pequeñas inhomogeneidades que existían en el universo en el momento que los fotones iniciaron su viaje y que fueron medidas con gran detalle por los satélites WMAP y Planck en las últimas décadas. Estas inhomogeneidades son las mismas que dieron lugar a las galaxias y otras estructuras en el universo. Las observaciones del fondo de microondas nos dan también información sobre la composición de la materia y la geometría del espacio-tiempo”, agrega Mollerach, que hizo su doctorado en el campo de la cosmología en Trieste, Italia.

La Real Academia de Ciencias Sueca destacó que el primer libro de Peebles, Physical Cosmology (Cosmología física), inspiró a toda una generación de físicos. “Sí, es así. Junto a otro de sus libros, The Large Scale Structure of the Universe (N. de la R. “La estructura en gran escala del universo”), inspiró a una generación de físicos, incluyéndome. Creo que de los físicos vivos, es el representante más importante de la generación que desarrolló las bases de la cosmología moderna, pero no hay que olvidarse de la escuela rusa, de donde salieron también aportes fundamentales, en especial de Yakov Zeldovich. También, George Gamow”, sostiene Mollerach.

La docente del Balseiro realizó posdoctorados en Fermilab, CERN y Trieste. Cuando regresó a la Argentina, fue cambiando paulatinamente su tema de investigación hacia el de los rayos cósmicos de altísimas energías. En la actualidad, trabaja en el Proyecto Auger, en Malargüe, Mendoza. Mollerach es una referencia obligada, además, para consultar sobre otros grandes aportes de Peebles que no son tan conocidos.

La profesora remarca que, además de las contribuciones en el campo de la radiación de fondo, Peebles hizo contribuciones muy relevantes para la explicación de la formación de estructuras en el universo. Las observaciones indican que primero se formaron las estructuras más chicas, como las galaxias, y luego las más grandes, como los cúmulos y súper cúmulos.

“Él se dio cuenta de que para que esto suceda de ese modo, es necesario que la materia oscura sea no relativista (sus velocidades típicas, mucho menores que la velocidad de la luz) desde épocas muy tempranas. También vio la importancia del rol de la energía oscura, o constante cosmológica, contribuyendo de ese modo a dar forma a lo que es hoy el modelo más aceptado para el universo, donde está el 5 % de la materia que conocemos, el 26 % de materia oscura y el 69 % de energía oscura”, detalla Mollerach.

Exoplanetas

El profesor del Instituto Balseiro Guillermo Abramson cuenta que lo sorprendió el anuncio del Premio Nobel en Física otorgado a Michel Mayor y Didier Queloz por el descubrimiento del primer planeta alrededor de otra estrella. “Definitivamente se lo merecen, su técnica es extraordinaria y dio por primera vez una respuesta a algo que siempre sospechamos: que las otras estrellas, además del Sol, también tienen planetas a su alrededor. ¡Pero una cosa es sospecharlo y otra es saberlo! Y es una cuestión que se enmarca en una de las grandes preguntas de la humanidad: ¿estamos solos en el universo? Así que merecido premio”, expresa.

Abramson es doctor en Física, egresado del Instituto Balseiro e investigador del Conicet en la División Física Estadística e Interdisciplinaria del Centro Atómico Bariloche, en temas interdisciplinarios con la ecología y otras ciencias. Es también un entusiasta divulgador de la ciencia en general, y de la astronomía en particular, a través de su blog semanal En el Cielo las Estrellas (enelcielolas.blogspot.com) y de varios libros de divulgación científica.

El profesor explicó que hay dos maneras de detectar estos lejanos planetas. Una es la técnica que desarrollaron Mayor y Queloz, que consiste en medir el bamboleo que el movimiento de un planeta produce en su estrella. Es pequeñísimo, una velocidad del orden de 1 metro por segundo (la velocidad de un peatón), observada en una estrella a cientos de años luz de distancia, describe.

La otra manera de detectar exoplanetas consiste en observar unos minieclipses que se producen cuando un planeta pasa delante de su estrella. “No son impresionantes como los eclipses totales de Sol que tuvimos este año y volveremos a tener en el 2020 en Argentina, pero son detectables con los instrumentos increíblemente sensibles que existen hoy en día”, cuenta Abramson desde su oficina en Bariloche.

Una duda que puede surgir entre quienes leen esta nota es por qué los exoplanetas recién se descubrieron en 1995. “Giordano Bruno, hace 500 años, lo dijo en voz alta y lo quemaron en la hoguera: tiene que haber otros mundos. A lo largo de los siglos, los astrónomos fueron convenciéndose de que era así. En el siglo XX, cuando terminamos de entender cómo y con qué sustancias se forman las estrellas, ya no nos quedaban dudas”, responde Abramson.

El físico y divulgador agrega que también se entendió lo difícil que sería detectarlos indirectamente, y mucho más difícil, observarlos. “La razón es simplemente la inmensa distancia a la que se encuentran. Hoy conocemos miles, MILES, de planetas alrededor de otras estrellas como el Sol. Los suizos Mayor y Queloz (¡que era estudiante de doctorado!) lo hicieron por primera vez”, remarca Abramson.

Otra gran pregunta es cuáles son los grandes desafíos actuales en el campo de los exoplanetas. Para el profesor del Balseiro, el primer desafío es seguir descubriendo planetas. “A pesar de que los que llegan a los titulares de la prensa son los casos extremos, como ‘el primero’, el ‘más reciente’, el ‘más grande’, el ‘más caliente’, el ‘que no debería existir’, el verdadero progreso de esta ciencia vendrá de estudiar una gran población de exoplanetas”, destaca Abramson.

Además, cuenta que se piensa que el tipo de planeta más abundante del universo es uno que no existe en el sistema solar, y que son planetas con un tamaño entre el de la Tierra y el de Neptuno. Se los llama “supertierras”. “¿Es realmente así? ¿Por qué no hay ninguno en el sistema solar? ¿Cómo son: sólidos o gaseosos? ¿De qué están hechos?”, se pregunta el docente.

Para Abramson, el segundo desafío está en marcha de manera preliminar: analizar la química de las atmósferas de los exoplanetas. “La nueva generación de telescopios gigantes, tanto en la Tierra como en el espacio, permitirá hacerlo mucho mejor. Este análisis permitirá detectar, eventualmente, la presencia de gases que delaten la existencia de vida, como el oxígeno en la atmósfera de la Tierra, que solo existe porque las plantas lo producen permanentemente. Es probable que en no más de 20 años tengamos una respuesta. ¡Qué fantástico!”, reflexiona el doctor en física.

Así, mientras el mundo sigue girando y los acontecimientos de la vida cotidiana hacen olvidar a la mayoría de mirar el cielo, hay mujeres y hombres que se detienen a pensar, observar y conocer el universo. Como Peebles, Mayor y Queloz, que con sus ideas y proyectos no solo aportaron a generar nuevo conocimiento científico, sino que también inspiran a las futuras generaciones.

“Los premios y reconocimientos son encantadores, muy apreciados, pero no es parte de tus planes. Deberías entrar en la ciencia porque te fascina, y eso es lo que hice”, dijo este martes temprano a la prensa vía telefónica Peebles, luego del anuncio del premio Nobel, en un mensaje dirigido a jóvenes estudiantes con interés en dedicarse a la ciencia. Un universo por delante.