Kilonova

En 2016, el experimento LIGO detectó el paso de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de dos agujeros negros. Se trató de un hito científico sin precedentes. Por un lado, por las consecuencias teóricas: se confirman dos predicciones cruciales de la Relatividad General: la propagación de ondas gravitacionales y la existencia de agujeros negros. Por otro lado, por el desafío experimental y tecnológico que implicó realizar dicha observación. Por ese logro, el equipo de LIGO recibió el premio Nobel de física 2017.

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Más adelante, el equipo de LIGO en conjunto con un experimento similar llamado Virgo, detectaron una kilonova es decir el choque y la mezcla de dos estrellas de neutrones. En esa ocasión, dos colaboraciones internacionales (llamadas Fermi e INTEGRAL) detectaron una explosión de rayos gamma proveniente del mismo punto del espacio y coincidente con la fusión. A la vez, seis telescopios de gran escala alrededor del mundo también detectaron la fuente en el espectro visible.

Este logro experimental fue muy importante por varias razones.

Fue la primera observación de un evento de fusión por múltiples canales, y además fue la primera vez que se trató de estrellas de neutrones. Como principal éxito, devela el origen de las explosiones de rayos gamma, eventos cósmicos que venían siendo observados desde hacía décadas, pero cuya naturaleza precisa era desconocida. Esto es de por sí un enorme descubrimiento, como para otro Nobel.

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Pero no se detiene ahí la cosa: la detección de oro en el espectro de la explosión resultante, hecha por el telescopio espacial Hubble, muestra que una parte de los metales pesados que encontramos en el universo se forma en esos eventos.

Sabíamos que, excepto el hidrógeno, el helio y parte del litio, los demás elementos químicos que componen nuestro cuerpo y todo lo que nos rodea se crearon en los hornos nucleares que dan vida a las estrellas. Pero tales hornos son capaces de producir eficientemente sólo los elementos livianos, hasta el hierro, mientras producen muy poca cantidad de elementos más masivos. Algunos elementos pesados se forman en las apoteóticas explosiones de supernova que constituyen la muerte de algunas estrellas. Sin embargo, todavía no constituyen la suficiente cantidad como para explicar la cantidad de oro y plomo que vemos a nuestro alrededor.

Luego de morir, algunas estrellas dejan como resto una estrella de neutrones, que es algo así como un núcleo atómico enorme del tamaño de una ciudad. En ese monstruo, las diferentes partes se mantienen unidas por acción de la gravedad. Si bien es un núcleo demasiado grande como para incluirlo en la tabla periódica, si algún evento violento le arrancara un pedazo, la gravedad en élk sería más débil y el pedazo se disgregaría dando origen a núcleos pesados. Una colisión de estrellas de neutrones como la que se detectó hace precisamente eso. Es decir que LIGO, Virgo y Hubble confirmaron la manera en la que se forman los núcleos pesados. ¡Es para otro Nobel más!

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Y todavía hay tela para cortar. El evento de mezcla detectado ocurrió en otra galaxia. La observación permite medir la distancia a esa galaxia directamente. Las distancias cosmológicas se miden mediante un proceso complejo conocido como escalera de distancias cósmicas. Tal escalera depende de muchos pasos o escalones. Conocemos la distancia a un escalón, con él conocemos la distancia al siguiente, y con él al que va después, y así. Si uno de ellos falla, se arruina todo el proceso. De hecho, eso sucedió en los 80's con las estrellas conocidas como cefeidas, se descubrió que había un error en la forma en la que se medía su distancia y hubo que recalibrar toda la escalera.

La observación de la kilonova permite saltar varios escalones, midiendo directamente la distancia a una galaxia lejana. Eso es muy importante, porque permitirá confirmar si nuestros modelos de expansión cosmológica son correctos. Es realmente una nueva era para la fisica.

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Esta observación histórica fue hecha por colaboraciones internacionales de cientos de personas, trabajando con equipamientos carísimos. El financiamiento fue completamente estatal y hecho por decenas de países alrededor del mundo. Se trata de un descubrimiento de ciencia básica que redundará en avances técnicos hoy impredecibles dentro de al menos un siglo. Esta es la manera en la que avanza la ciencia, no por entrepreneurs que le venden ideas brillantes a las empresas.

Una nota personal: mi juventud científica transcurrió en una era de ausencia de grandes descubrimientos experimentales, que se nos relataban como cosas del pasado. Eso cambió primero con el satélite WMAP que observó el fondo cósmico de radiación que ahora está siendo explorado con Planck, y espectacularmente en los últimos años con el LHC y el descubrimiento del bosón de Higgs, y con LIGO y las ondas gravitacionales.

Es fascinante, y como científico estoy feliz de que me toque vivirlo.

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