Un astrofísico argentino, pionero en la comprensión de los albores del Universo

Emanuel Pujol (Agencia CTyS) - El doctor Mirabel es una eminencia en la astronomía mundial. Estuvo a cargo del descubrimiento de las galaxias infrarrojas ultraluminosas, las galaxias enanas de marea y los microcuásares. En nuestro país, ideó el proyecto LLAMA, que consiste en poner una antena en el lado argentino del desierto de Atacama que mejorará diez veces la resolución de los cuerpos celestes alcanzada por la radioastronomía hasta la actualidad. Además de astrónomo, es filósofo y su mirada del bosque parece ser a la escala del Cosmos.

En esta entrevista concedida a la Agencia CTyS, el ex director del Observatorio Austral Europeo e investigador del Instituto de astronomía y Física del Espacio (IAFE-UBA-CONICET) explica cómo se le ocurrió la hipótesis que aborda una de las cuestiones centrales en la cosmología actual, sobre cómo se disiparon las nieblas que imperaban en el Universo temprano, y cuenta el impacto que ya ha alcanzado su propuesta.

En 2012, publicó su idea sobre cómo influyeron los agujeros negros para que concluyera la “fase oscura” del Universo; dicha  propuesta motivó inmediatamente un artículo editorial de la revista Nature y ya ha alcanzado un alto impacto...
Efectivamente, en 2012, presenté dicha hipótesis ante la Union Astronómica Internacional. Actualmente, ya hay más de 60 publicaciones que parten de la idea que propuse. En particular, hace pocas semanas, se publicó una investigación en la revista Nature sobre la base de mi hipótesis, la cual presenta simulaciones numéricas y predicciones respecto al modo en que se produjo la reionisación del Universo, es decir, de qué manera los átomos de hidrógeno se fueron disociando en protones y electrones, en un proceso por el cual se disiparon las nieblas que cubrían el Cosmos y se elevó la temperatura del medio intergaláctico.

Si no hubiera concluido dicha fase oscura, ¿sería imposible ver las estrellas y las galaxias?
Nosotros podemos observar estrellas, galaxias y cuásares porque la luz que produjeron hace miles de millones de años ha viajado hasta nosotros sin sufrir ningún bloqueo ni absorción, por lo cual es una cuestión muy importante para los astrónomos comprender cómo el medio intergaláctico se tornó esencialmente transparente.

En su hipóstesis, los agujeros negros jugaron un papel determinante para que esto ocurriera...
La idea que predominó antes de la publicación del artículo que realicé en colaboración con investigadores de la Universidad de Harvard era que la radiación de las primeras estrellas había sido la única causa para que se disipara la neblina que había cubierto al Universo en sus etapas tempranas, para dar fin a una “fase oscura” que se prolongó durante varias centenas de millones de años.
En tanto, mi propuesta fue que había que tener en cuenta no solo la radiación de las primeras generaciones de estrellas, sino también la radiación ocasionada por los fósiles de dichas estrellas, que son los agujeros negros y las estrellas de neutrones.
La proposición cosmológica que hice se basa en los resultados más recientes en otras ramas de la astronomía, dedicadas a estudiar la formación, evolución y muerte de las estrellas masivas que se habrían formado en los orígenes del Universo.

¿Todas las estrellas masivas, al morir, se transforman en agujeros negros?
Si bien es un tema que todavía esta en discusión, se puede decir que las estrellas de aquel Universo temprano que eran 20 veces más masivas que el sol, o más grandes aun, al morir, se convertirían en agujeros negros. Eso no ocurre con las estrellas actuales, porque ha habido una evolución química del Cosmos desde entonces y las estrellas masivas que se forman ahora tienen una composición mucho más rica en metales que las primeras generaciones de estrellas masivas.

¿Por qué motivo las estrellas con una composición química más compleja no llegan a formarse como agujeros negros?
Lo que ocurre es que las estrellas masivas pierden mucha masa cuando su composición química es compleja. En las épocas tempranas del Universo, las estrellas tenían una constitución química más simple que las actuales, ya que estaban formadas fundamentalmente por hidrógeno y helio, y se estima que aquellas que tenían más de 20 masas solares terminaban colapsando para formar agujeros negros.
En cambio, las estrellas actuales pierden mucha de su masa original y el remanente que se acumula en su centro no alcanza a ser suficiente para formar un agujero negro.

¿Que irradiaba más energía en el Universo temprano: una estrella masiva de más de 20 masas solares o el agujero negro resultante cuando dicha estrella colapsaba?
Nosotros hicimos este cálculo y es más o menos equivalente el numero de fotones ultravioletas que irradia la estrella progenitora al número de fotones en radiación X que irradia el agujero negro que resulta de ésta.
Si bien es parejo el número de fotones, vale considerar que los rayos X son mas energéticos que la radiación ultravioleta, por lo que la energía que emanaban los agujeros negros podía ser igual o mayor que la irradiada por las estrellas.

Esta propuesta suya ya ha tenido gran impacto y aceptación...
Hoy, los distintos grupos que utilizan computadoras para intentar simular el proceso por el cual finalizó la “fase oscura” del Universo incorporan el elemento de la radiación X de los agujeros negros fósiles.

En particular, ¿qué aporte realiza el estudio publicado recientemente en Nature?
Básicamente, esta última publicación en Nature muestra que el período en el cual se produjo la evaporación de la neblina que cubría el Cosmos fue más complejo de lo que se pensaba, porque los rayos X emanados por los agujeros negros habrían calentado el medio intergaláctico sobre grandes escalas de distancia.

Más allá de las simulaciones numéricas, ¿se están diseñando instrumentos para observar este proceso y, en consecuencia, poder corroborar su hipótesis?
Se está desarrollando un proyecto internacional muy costoso, del orden de los dos mil millones de dólares, del que participan prácticamente todos los países que investigan en astronomía, que consiste en instalar un conjunto de radiotelescopios que tendrá una superficie colectora de un kilómetro cuadrado y cuya motivación científica principal es responder a la pregunta de qué ocurrió en el Universo durante sus primeros mil millones de años para que el medio intergaláctico se volviera transparente, a partir de la observación del hidrógeno atómico durante todo ese período. Justamente, parte del estudio publicado recientemente en Nature intenta anticipar lo que mostrará ese gran instrumento que entrará en operaciones dentro de 10 o 15 años.

Cuando se hacían las simulaciones y no se incorporaba la radiación X emanada por los agujeros negros, ¿los resultados daban mal al carecer de ciertos elementos?
Justamente, esa es una de las cosas que nos llamó la atención. La hipótesis de que el único factor importante en este proceso de reionizacion del Universo era la radiación ultravioleta de la estrellas no coincidía con los datos ofrecidos por el telescopio espacial, el cual puede estudiar la radiación UV de las galaxias que se formaron 500 millones de años después del Big Bang y da cuenta de que dicha radiación, por sí sola, no era suficiente para producir el proceso de reionisación.

Siendo que es una cuestión central de la cosmología actual resolver cómo se disiparon las nieblas del Universo temprano, al tener su ocurrencia, ¿no le pareció curioso que nadie más hubiera pensado en la radiación X de los agujeros negros?
En general, en ciencia suele haber lo que los franceses llaman mucha compartimentalización, o sea, cada uno sabe de su área específica y, en general, los cosmólogos no están muy al tanto de las novedades de lo que se investiga en el área de la formación y evolución de estrellas, por ejemplo, o en la astrofísica de altas energías.
Y viceversa: quienes se dedican a estudiar la evolución de estrellas a nivel teórico y en observaciones, a veces, no notan las implicaciones cosmológicas que tienen sus investigaciones.

Usted es filósofo y, en cierta forma, es como si hubiera dado la visión del bosque; tal vez, se podría usar esa metáfora...
Mi hipótesis es un proceso de elaboración de síntesis de los resultados más recientes de diferentes áreas de la astronomía. Siempre dediqué casi la mitad de mi tiempo de investigación a leer lo que hacen los demás. Entonces, yo me entero todos los días de lo que está pasando en astronomía. Hoy, con Internet, la tarea es mucho más sencilla, pero cuando me formé en la universidad pasaba mucho tiempo en la biblioteca.
Es posible que la filosofía me haya dado la curiosidad y la capacidad de sintetizar y de cuestionar, es decir, de formular nuevas cuestiones.

El doctor Félix Mirabel es Investigador Superior del CONICET y director de investigación de la Comisión Nacional de Energía Atómica de Francia. Descubrió tres tipos de objetos del universo: las galaxias infrarrojas ultraluminosas, las galaxias enanas de marea y los microcuásares. Asimismo, fue el primero en detectar un jet cósmico desplazándose a una velocidad aparentemente superior a la de la luz en nuestra galaxia.