Alicia Sintes: «Con las ondas gravitacionales podremos ver el nacimiento del universo, el Big Bang»

Nació en 1969 en el pueblo menorquín de Sant Lluís. De joven la atmósfera era más limpia y sin contaminación lumínica y pronto se enamoró del firmamento. Ahora Alicia Sintes es una de las máximas expertas en el estudio de las ondas gravitacionales y en la Universidad de las Islas Baleares (UIB) dirige el grupo Gravity, compuesto por una treintena de investigadores procedentes de diversos países del mundo. Es, además, catedrática de Física Teórica.

Las investigaciones de Alicia Sintes cuentan con un enorme prestigio a nivel internacional. Así, no es de extrañar que jóvenes investigadores de todo el mundo en el campo de la astrofísica se disputen una plaza en el equipo Gravity de la UIB que dirige Sintes. En esta entrevista la doctora Sintes relata de forma apasionada las investigaciones que están realizando sobre las ondas gravitacionales y los objetos que las producen así como la información que ofrecen sobre la visión del universo. Explica que en un futuro próximo las ondas gravitacionales permitirán conocer muchos detalles de cómo fue el Big Bang que originó el universo.

PREGUNTA.-Usted es catedrática de Física Teórica en la Universidad Balear y directora del grupo de investigación Gravity que estudia las ondas gravitaciones.

RESPUESTA.- Y desde hade dos meses soy también directora del Instituto de Aplicaciones Computacionales de Código Comunitario. Es un instituto de la UIB (Universidad de las Islas Baleares) y dentro hay siete grupos de investigación tanto del Departamento de Física como del Departamento de Matemáticas.

P.-¿Para introducirnos de lleno en el tema, nos puede explicar qué pasó en estas fechas: año 1915, 14 de septiembre de 2015 y el 29 de mayo de 2023?

R.-En 1915 ni usted ni yo habíamos nacido pero sí el profesor Einstein, que este año presentó su nueva teoría de la gravitación, la Teoría de la Relatividad General, que revolucionó los conceptos que se tenían hasta la fecha. Lo hizo con una teoría extremadamente elegante que conseguía resolver problemas que había en esos momentos y explicar el corrimiento del perihelio de Mercurio y el corrimiento de rayas espectrales o la desviación de los rayos de luz. Pero también empezaba a predecir cosas exóticas como agujeros negros y ondas gravitacionales. El propio profesor Einstein no creía que los agujeros negros existiesen en la naturaleza. Y ahora sabemos que existen. Y él se pensaba que las ondas gravitacionales no se detectarían jamás. Es decir, que alguna vez Einstein también se equivocó.

P.-¿Y el 14 de septiembre de 2015?

R.-Pues el 14 de septiembre del 2015 ocurrió que era un lunes. Empezaron las clases y en el momento que regresé de dar mi primera hora de clase la vida nos cambió y pasamos de ser los grandes desconocidos a ser las estrellas, al menos aquí, en Baleares. Bueno, unos meses después, porque por primera vez los detectores LIGO, dos detectores, uno en Livingston, Luisiana y el otro en Hanford en el estado de Washington, detectaron simultáneamente la primera señal de ondas gravitacionales, una señal producida por la fusión de dos agujeros negros. Una señal producida hace 1.300.000 años. Y eso fue un hito para nosotros, para la ciencia. Esa primera observación marcó el inicio de la astronomía de ondas gravitacionales observacional. Se abrió una nueva ventana al universo. Y a pesar de todas las decepciones que han habido desde ese día los que estamos aquí estamos para revolucionar de alguna manera los conceptos que tenemos del universo.

P.-¿Y qué sucedió el 29 de mayo de 2023?

R.-Lo que sucedió es que se recibió una señal de ondas gravitacionales que provenía de la fusión de una estrella de neutrones probablemente con un  agujero negro, con un cuerpo de 3,6 veces la masa del sol. Es un caso excepcional porque el segundo cuerpo con esta masa de 3,6 veces la del Sol no tendría que existir. Cuando se muere una estrella, según la masa inicial se forman agujeros negros, estrellas de neutrones u otros cuerpos. Si la masa de la estrella es suficientemente grande, cuando se le termine el combustible genera un agujero negro. Y normalmente estos agujeros negros tienen más de cinco veces la masa de nuestro Sol. Y si es más pequeña, al acabar el combustible colapsará pero no llegará a formar un agujero negro, sino que se queda en una estrella de neutrones entre una y dos veces la masa de nuestro Sol.  Es difícil de explicar que puedan existir objetos compactos de entre tres y cinco veces la masa del sol. En este intervalo no tendría que haber estos objetos detectados por las ondas gravitacionales y el descubrimiento en cuestión nos abre más interrogantes.

P.-¿Qué explicación le dan?

R.-Hay una serie de teorías sobre evolución estelar que se daban por bien fundadas y ahora resulta que tenemos que revisar. Si empezamos a observar objetos en este intervalo de entre tres y cinco  veces la masa del sol -ha ocurrido en dos ocasiones- quiere decir que son más abundantes y nos abren nuevos interrogantes.

P.-Creo que hubo otro hecho importantes para la ciencia en Baleares este 29 de  mayo de 2023.

R.- Siempre hay un turno de guardia: uno en los detectores de ondas gravitacionales y otros en remoto y repartidos en diferentes sitios del planeta. Cuando ocurren eventos, tienes a gente que son llamados a actuar de forma inmediata y aquel día uno de ellos era una estudiante de doctorado de esta casa. Es decir, que hubo participación de Baleares en la detección y análisis del evento.

P.-¿Era una persona de su equipo de investigación?

R.-Sí.

P.- ¿Y ahora podría explicarnos qué es exactamente una onda
gravitacional?

R.-Pues de acuerdo con la teoría de Einstein, la gravedad no es una fuerza cualquiera, sino que está relacionada con la curvatura del espacio tiempo. Y las ondas gravitacionales son perturbaciones sobre esta curvatura, sobre el tejido del espacio tiempo. Son perturbaciones producidos por materia acelerada, materia en movimiento y las ondas llevan consigo la información de lo que las ha generado. Es decir, son un tipo de ondas completamente distintas a las ondas electromagnéticas como la luz o las ondas sonoras. Es un tipo de onda distinta y como tiene propiedades distintas a las de la luz, nos puede aportar información totalmente distinta y complementaria a las formas habituales de
observar. Con ondas gravitacionales podríamos obtener información del universo cuando este no tenía ni tan solo un segundo de vida. Cosa que es totalmente imposible con la luz, porque el universo sólo se hizo transparente a la luz cuando tenía más de 300.000 años.

P.-¿Está hablando del Big Bang?

R.-Estoy hablando del Big Bang. Exactamente. Con ondas gravitacionales podremos tener información del universo primordial cuando sólo habían pasado los primeros 10−3610^{-36}10−36 a 10−3210^{-32}10−32 segundos tras el Big Bang, durante la inflación cósmica. Pero esto aún tardará, porque para ello los instrumentos han de ser más sensibles de los que tenemos en la actualidad.

P.- Ha dicho que las ondas gravitacionales están relacionadas con el espacio y el tiempo.

R.-Según la teoría de Einstein, vivimos en un espacio-tiempo. Vivimos en cuatro dimensione, tres espaciales y una temporal.

P.-¿Esto tiene algo que ver con la posibilidad de viajar en el tiempo?

R.-Bueno, nosotros siempre viajamos en el tiempo. En mi vida normal viajo hacia el futuro y unos puede que viajen un poco más rápido y otros un poquito más lento.

P.-¿Qué están investigando usted y su equipo?

R.-Nuestro equipo de la Universidad de las Islas Baleares está formado por unas treinta  personas y tenemos gente de distintos países. Tenemos dos personas de  la India, una de China, una de México, uno de Austria, uno de Alemania, dos italianos, uno de Francia, uno de Reino Unido, uno de Irlanda… Aquí nos centramos en el estudio de ondas gravitacionales y de los cuerpos que las  generan: agujeros negros y estrellas de neutrones. Y también trabajamos en todo el modelaje computacional necesario para entender lo que sucede en el universo. Estamos involucrados en grandes colaboraciones internacionales y la más grande es LIGO, (Observatorio de ondas Gravitatorias por Interferometría Láser). También formamos parte de la colaboración o consorcio LISA, lo que será el primer observatorio de ondas gravitacionales en el espacio y que será lanzado entre 2035 y 2040. Aquí trabajamos en el diseño de este observatorio. Y luego también estamos en futuros detectores como
Einstein Telescope, que estará bajo tierra. Es decir, estamos todo el día trabajando con estas tres grandes colaboraciones a nivel mundial.

P.-¿Las ondas gravitacionales las detectan estos aparatos?

R.-Las detectan LIGO y VIRGO. Es decir, en estos momentos existe una red mundial de detectores compuestos por los dos LIGO, que son los más sensibles, y luego está el detector europeo VIRGO, que tiene brazos de tres
kilómetros de longitud. Y luego está el detector japonés KAGRA en las minas de Kamioka, que  es el primero que está bajo tierra y que intenta utilizar tecnología criogénica. También se está construyendo un detector en la India. Entonces, tenemos una red global que nos va ofreciendo datos. Un tipo de señal corresponde a una supernova, otras a la fusión de sistemas binarios, etcétera. Cada vez que nos llega una señal se realiza un análisis para saber lo qué ocurre en el mismo momento que se adquieren los datos. Luego se hacen análisis más refinados y se alerta a la comunidad internacional para hacer el seguimiento. El último evento se ha detectado hoy mismo [por el viernes día 4 de julio]. Parece que se trata de un sistema binario formado por una estrella de neutrones y un agujero negro. Hace dos días se detectó un sistema binario de dos agujeros negros. Enseguida que se detecta una onda gravitacional se analiza e incluso se hacen mapas indicando en qué porción del cielo se ha producido el evento y entonces los telescopios pueden apuntar en esa dirección del cielo para ver si observan algo más.

R.-Las ondas gravitacionales, al tener propiedades distintas a la de la luz, nos dan información complementaria. Las ondas gravitacionales nos van a dar información y nos van a ayudar a responder una serie de preguntas en distintos campos: en astronomía, en física fundamental y en cosmología. Nos informarán de si la Teoría de la Relatividad General es la teoría correcta de la gravitación o no, nos va a dar información de si los agujeros negros son como predicen esa teoría. Nos darán información, pues, sobre la gran mayoría de los fenómenos que ocurren en la naturaleza y seguramente nos van a permitir descubrir nuevos objetos. En la historia de la astronomía ha habido grandes descubrimientos y las ondas gravitacionales son todo un nuevo espectro con información totalmente complementaria.

P.-¿Ofrecen mucha información?

R.-Nos dan información sobre agujeros negros, sobre cómo se pueden formar las galaxias, qué papel juegan los agujeros negros en la formación de las galaxias… Nos pueden dar información sobre materia oscura y energía oscura, sobre el interior de las estrellas. Y dan información de cómo ha sido la  expansión acelerada del universo.

P.-¿Las ondas gravitacionales han aportado nuevos datos sobre la expansión del universo?

R.-Sí.  Sabíamos que el universo se está expandiendo y ahora sabemos que esta expansión es acelerada.

P.-¿Y hasta cuándo se expandirá?

R.-Pues indefinidamente.

P.-Lo que siempre me ha llamado la atención, lo que soy incapaz de entender, es hacia dónde se expande el universo. Al expandirse está ocupando un nuevo espacio que no existe…

R.-Uiii,,, claro. Es que todos vamos con una mentalidad muy clásica. Ahora podemos hablar de problemas más filosóficos pero yo me centro en mis ondas gravitacionales, en mis púlsares, en mis estrellas de neutrones. La mayor parte de nuestro grupo de investigación trabaja en señales provenientes de sistemas binarios. Pero luego hay otra parte del grupo centrado en las estrellas de neutrones que están en rotación. Y luego también aquí estamos trabajando en grandes colaboraciones.

P.-¿Dónde están los objetos que emiten ondas gravitacionales?

R.-Depende de qué objeto las genera porque algunos están más cerca y otros están mucho, mucho más lejos.

P.-Las ondas gravitacionales nos han ofrecido mucha información sobre la evolución del universo. ¿Hemos tenido que cambiar alguna teoría?

R.-Vamos obteniendo información, incluso sobre el origen del universo. Intentamos ver las señales del Big Bang, del universo primordial. Esas señales no las hemos visto todavía.

P.-¿La expansión del universo, tendrá fin?

R.-Puede que no. Habremos desaparecidos nosotros antes.

P.-¿Qué es un agujero negro?

R.-Pues el agujero negro, digamos, es una región del espacio tiempo que tiene tanta materia, tanta energía, tan concentrada, que la velocidad de escape de esa región ha de ser superior a la de la luz. Y como nada puede viajar a la velocidad de la luz, pues nada se escapa. El agujero negro es toda esa región que por mucho que uno intente enviar luz, la luz no sale.

P.-Antes ha comentado que sólo conocemos el 4% de los elementos. ¿Cómo lo sabemos que es el 4%?

R.-Sabemos que el 4% corresponde a la materia bariónica y que luego hay otra gran porción del pastelito, que es lo que se llama la materia oscura. Y sabemos que eso es materia y que tiene las propiedades de materia. Y eso lo sabemos ya que las estrellas en las galaxias giran demasiado rápido para la masa visible que contienen. En distintas escalas sabemos que la luz proveniente de galaxias lejanas sufre el efecto de lente gravitacional al pasar cerca de cúmulos de galaxias y éste es mayor del que produciría la materia visible, lo que indica que hay mucha masa oculta en estos cúmulos.

Además, las simulaciones cosmológicas  que estudian las distribuciones de galaxias en el universo (como las del proyecto Millennium o Illustris) sólo  coinciden con las observaciones si se incluye materia oscura. También sabemos que hay un 70% que no corresponde a materia, pero que es energía y a eso lo llamamos energía oscura.

P.-¿Qué es exactamente la materia oscura?

R.-Pues no lo sabemos.

P.-¿Un agujero negro puede desaparecer?

R.-Un agujero negro puede encontrarse otro agujero negro y se pueden fundir y generar un agujero negro más grande. Como hemos visto ahora, un agujero negro también se nos puede ir evaporando. Si nos vamos a Hawkings, un agujero negro se va evaporando y según como podría llegar a desaparecer.