Alberto Domínguez, del grupo de Altas Energías de la UCM, ha impartido la conferencia Toda la luz del universo, en la que ha sido la primera ponencia de este curso del ciclo Hablemos de Física, especialmente pensado para estudiantes. El profesor complutense habló sobre los diferentes métodos para medir la luz de fondo extragaláctica (EBL) y cómo esa medida, propia de la astrofísica de altas energías, contiene información fundamental para la evolución de las galaxias y para la cosmología. Recordó Domínguez que la Complutense cuenta con uno de los grupos lideres en esa materia y que siempre están buscando estudiantes para que hagan allí los Trabajos Fin de Grado, los doctorados o cualquier otro tipo de cooperación.
Gran parte de la conferencia de Alberto Domínguez se centró en explicar la existencia de la luz de fondo extragaláctica (EBL) que permea todo el universo y que ya se planteó Kepler en el siglo XVII, e incluso los griegos pudieron llegar a cuestionar de dónde venía esa acumulación de luz.
En el siglo XIX incluso llevó a la paradoja de Olbers, en la que presuponiendo un universo estático no se entendía por qué se veía oscuro y no absolutamente brillante debido a la presencia de infinitas estrellas. Domínguez recuerda que la solución a aquella paradoja se encuentra en las hipótesis de las que parte, y que no son correctas, porque "ahora sabemos que el universo está en expansión y que no es infinitamente viejo". Lo que sí es cierto, de lo que plantearon astrónomos como Olbers o Kepler, es que el universo no es totalmente oscuro, ni siquiera en aquellas zonas donde no hay fuentes de luz aparentes, y esa claridad se debe a la EBL.
El origen de la EBL
La astronomía de todos aquellos científicos de siglos pasados que se basaba en lo observable en el rango visible es la que conocemos como astronomía clásica. Sin embargo, y de acuerdo con Domínguez, hace ya varias décadas se consiguió tecnología lo suficientemente avanzada como para detectar los fotones gamma, que son aquellos que tienen la mayor energía que somos capaces de observar. De ese modo "la visión del universo ya no tiene nada que ver con la de la astronomía clásica, porque nos muestra lugares de condiciones extremas donde se generan esas energías más altas" y se puede considerar la "EBL como un nexo de unión entre la astronomía clásica y la de astrofísica de altas energías".
Las observaciones con las nuevas tecnologías ofrecen el modelo que tenemos del universo actual en el que sólo un 4% está formado de bariones (la materia ordinaria con la que convivimos a diario), un 73% de energía oscura y un 23% de materia oscura. Por tanto, "La mayor parte del universo no sabemos lo que es y ese es probablemente el problema más importante de la física moderna", reconoce el profesor de la UCM.
Se sabe también que hubo un evento hace unos 13.700 millones de años donde se comenzó a formar la materia e incluso el tiempo y el espacio, y que unos 800.000 años después de ese Big Bang comenzó a viajar la luz en lo que se conoce como la época de recombinación, cuando el universo se enfrío lo suficiente como para transmitir la luz a distancias mayores.
El fondo cósmico de microondas se produjo exactamente en ese momento y tras él en el universo se empezaron a colocar las estructuras para dar lugar al comienzo de galaxias. Asegura Domínguez que en todo el proceso de formación de galaxias, hay también un proceso de emisión de radiación en todo el espectro electromagnético, y de ahí es precisamente de donde sale el ELB.
Las mediciones
De acuerdo con el conferenciante, la EBL es muy difícil de medir porque todo alrededor nuestro emite en infrarrojos, desde el Sol hasta otras estrellas o cualquier objeto que emita calor. El esfuerzo más ambicioso para medirlo fue la fotometría absoluta, usando el satélite COBE en los años noventa, que resultó dar unos resultados alejados de los medibles con la astrofísica de altas energías y la atenuación de los rayos gamma.
Explica Domínguez que "hay fuentes de radiación gamma que emiten fotones y existe una probabilidad no nula de que interaccionen con fotones de la EBL". De ese modo, la EBL funciona de pantalla, reduciendo el flujo de fotones gamma que recibimos con los telescopios tradicionales Cherenkov o con el satélite FERMI, por ejemplo.
Las galaxias con un agujero negro supermasivo en su centro emiten dos chorros de partículas que son capaces de acelerar a velocidades tan altas que son capaces de producir rayos gamma. Cuando esos chorros apuntan a la Tierra se conocen como Blazar, y esos son los que se detectan con los instrumentos de altas energías.
Los instrumentos principales que existen para medir rayos gamma son los telescopios Cherenkov y el satélite FERMI. Hoy hay varios Cherenkov instalados en el mundo, en Arizona, Namibia y La Palma, estos últimos los del proyecto MAGIC, en el ha colaborado de manera muy importante la UCM. Hay una próxima generación, un próximo gran proyecto, el más ambicioso que está desarrollando la comunidad de astropartículas, que es el CTA, un conjunto de dos observatorios, uno en Chile y otro en La Palma, con docenas de telescopios de tres tamaños diferentes.
En la Complutense se desarrolla software, hardware y técnica de análisis que se comenzará a utilizar cuando empecemos a recibir datos. En realidad ya hay uno de los telescopios más grandes construidos de ese CTA y la inauguración de ese telescopio está prevista para la segunda semana de este mes de octubre de 2018, y a partir de ese momento comenzará a recibir los primeros datos.
Aclara Domínguez que "cualquier partícula cargada que atraviesa un medio a una velocidad superior a la de la luz en ese medio produce radiación Cherenkov, lo que se conoce como cascadas Cherenkov, que son las que se detectan con este tipo de telescopios". Además, la imagen que dejan en la cámara los fotones gamma es diferente a cualquier otra, así que se puede caracterizar y reconstruir las propiedades del fotón gamma que incidió en la atmósfera.
Fermi
El propio Domínguez lleva años trabajando en el telescopio Fermi de la NASA, que se lanzó en 2008 con dos telescopios y tres diferentes subsistemas, uno de tracking que convierte el fotón gama en un par electrón-positrón, un calorímetro y un detector de anticoincidencia para limitar el fondo de los rayos cósmicos. Aclara que realmente no es un telescopio con espejos, sino prácticamente un detector de partículas en el espacio que permite ver los Blazars, esos agujeros negros supermasivos que emiten rayos gamma.
El antecesor de Fermi, Egret tenía muchísimas limitaciones para hacer el mapa que ahora conocemos del universo más brillante y que permite "resolver estructuras dentro de nuestra galaxia, así como muchísimos Blazars". Con esos mapas se pueden hacer catálogos de fuentes, dando un paso enorme hacia delante hacia el conocimiento del universo más extremo. El último catálogo, que se publicará a finales de este año, contiene "unas 5.520 fuentes, un paso impresionante con fuentes galácticas como púlsares, supernovas, clusters de estrellas, nebulosas, sistemas binarios, y extragalácticas, como los núcleos activos de galaxias y galaxias estelares".
Los resultados más importantes de los últimos años con una metodología nueva, desarrollada en Fermi, han permitido hacer un análisis de los datos de todos esos Blazars conocidos para observar los fotones a las energías menores donde no afecta la EBL. Detrás de ese trabajo hay muchos años de análisis y una mejora en la sensibilidad del instrumento que "ha permitido medir otra de las propiedades más importantes del universo, que es el horizonte de los rayos gamma cósmicos, que divide el universo opaco del transparente, algo que ya se había predicho con algunos modelos que iban bien encaminados para datar ese horizonte".
Concluye el profesor afirmando que, por tanto, "con las medidas de la atenuación gamma se da la medida de la tasa de formación estelar del universo, en función a la distancia a nosotros, y eso une la astrofísica de altas energías y la astronomía óptica".
