This image is an electron microscope picture of one of the two devices, with a fictitious teleportation beam added. The image is about 40 micrometer wide in reality.
(Phys.org) —A team of researchers at Delft University in the Netherlands is reporting in a paper they have had published in the journal Science, that they have successfully used entanglement as a means of communication, over a distance of ten feet (three meters). Furthermore, they note, they did so with 100 percent reliability and without altering the spin state of the quantum bits (qubits) involved.
Teleportation, is of course, a means of moving an object from one place to another without it having to travel between them. Thus far examples of it have only been seen in science fiction movies. The idea of moving information in similar fashion, however, has met with some, albeit limited success. The idea is to use the concept of entanglement of particles as a means of conveyance. It's supposed to work because of the strange interconnectedness of the two particles—whatever happens to one, automatically happens to the other, regardless of the distance between them. Such a property should allow then, for the exchange of information. If the spin state of one qubit is altered, then it should be automatically altered in the other qubit—a form of information exchange which can be counted as a message of sorts if a string of such transactions can be carried out.
To date, scientists have struggled to use entanglement as a means of communication—it's been achieved but the error rate has been so great that it would be unfeasible as a real-world application. In this new effort, the researchers claim to have solved the error rate problem—they've brought it down to zero percent. They did it, they report, by trapping electrons in diamonds at very low temperatures and shooting them with lasers, resulting in the creation of qubits. The diamonds, the team reports, serve as really tiny prisons, holding the electrons in place. Held as they were, the researchers were able to cause a spin state to exist and then to read it at both locations, which meant that information had been conveyed.
Artistic impression of quantum teleportation of a spin state between two distant diamonds.
The research team next plans to extend the distance between the qubits to 1,300 meters, while others presumably will attempt to replicate the first result—if the claims prove true, the breakthrough could mark the first stage of a the development of a true quantum computer, or network.
Like some bizarre form of optical fibre, a long, thin wormhole might let you send messages through time using pulses of light.
Predicted by Einstein's general theory of relativity, wormholes are tunnels connecting two points in space-time. If something could traverse one, it would open up intriguing possibilities, such as time travel and instant communications.
But there's a problem: Einstein's wormholes are notoriously unstable, and they don't stay open long enough for anything to get through. In 1988, Kip Thorne at the California Institute of Technology and his colleagues speculated that wormholes could be kept open using a form of negative energy calledCasimir energy.
Quantum mechanics tells us that the vacuum of space-time is teeming with random quantum fluctuations, which create waves of energy. Now imagine two metal plates sitting parallel in this vacuum. Some energy waves are too big to fit between the plates, so the amount of energy between them is less than that surrounding them. In other words, space-time between the plates has negative energy.
Slow collapse
Theoretical attempts to use such plates to keep wormholes open have so far proved untenable. Now Luke Butcher at the University of Cambridge may have found a solution.
"What if the wormhole itself could take the place of the plates?" he says. In other words, under the right circumstances, could the tube-like shape of the wormhole itself generate Casimir energy? His calculations show that if the wormhole's throat is orders of magnitude longer then the width of its mouth, it does indeed create Casimir energy at its centre.
"Unfortunately, this energy isn't enough to keep the wormhole stable. It will collapse," says Butcher. "But the existence of negative energy does allow the wormhole to collapse very slowly." Further rough calculations show that the wormhole's centre might remain open long enough to allow a pulse of light to get through.
A wormhole is a shortcut through space-time, so sending a light pulse through one could allow faster-than-light communication. And as the two mouths of a wormhole can exist at different points in time, in theory a message could be sent through time.
Butcher cautions that a lot more work is needed to confirm that other parts of the wormhole besides the centre remain open long enough for light to make it all the way through. He also needs to work out whether a pulse large enough to transmit meaningful information could sneak through the slowly collapsing throat. And, of course, we are a long way off translating the theoretical equations into a physical object.
"Does this mean we have the technology for building a wormhole?" asks Matt Visser at the Victoria University of Wellington in New Zealand. "The answer is still no." Still, he is intrigued by Butcher's work. "From a physics perspective, it may revitalise interest in wormholes."
El astrónomo británico asegura que «en diez o veinte años sabremos, por fin, cómo empezó la vida».
Fue presidente de la Royal Society de Londres y rector del
prestigioso Trinity College de la capital británica. Hoy, a sus 72 años,
es el Astrónomo Real de Gran Bretaña. Científico brillante y pensador
atrevido, Rees ha marcado muchas de las líneas de investigación y
pensamiento de la Cosmología actual. Es firme defensor de la vida
extraterrestre, de la existencia de Universos paralelos y de la idea de
que el siguiente paso evolutivo del hombre pasa por la genética y las
máquinas.Martin Rees ha pasado por Madrid para clausurar el ciclo de
conferencias “La ciencia del cosmos, la Ciencia en el Cosmos”,
organizado por la Fundación BBVA. Días antes de su llegada, concedió a ABC esta entrevista telefónica.
- ¿Cree que llegaremos algún día a comprender el Universo?
- La complejidad crece, y las sorpresas también a medida que
aprendemos nuevas cosas. Hay cuestiones que hace treinta años no estaban
nada claras y que ahora conocemos, como las enormes macroestructuras en
las que se agrupan las galaxias y los cúmulos de galaxias. Pero eso abre la cuestión de cómo toda esa complejidad pudo surgir de la simpleza del Big Bang, hace 13.700 millones de años.
- Es decir, que cuanto más aprendemos más cuestiones nuevas aparecen por resolver…
- Sí, definitivamente es así.
- ¿Cuál es la importancia del reciente descubrimiento de ondas gravitacionales?
- ¿Cuál es la situación al respecto de la materia oscura? ¿Lograremos verla algún día?
- Sí. Creo que en los próximos años averiguaremos en qué consiste la materia oscura,
y su influencia en la formación de las galaxias. Sabemos ya que la
estructura actual que muestran las galaxias no sería posible sin la
existencia de materia oscura. Pero no está lejos el día en que podamos
detectarla directamente. Pensamos que la materia oscura está formada por
enjambres de partículas supervivirntes del Big Bang, y que han logrado
no ser detectadas hasta ahora porque no tienen carga eléctrica y por
tanto no interactúan con la materia ordinaria. Solo la detectamos por la
gravedad que ejercen sobre la materia que sí podemos ver.
- Y sobre la energía oscura, la fuerza
responsable de que el Universo se expanda cada vez más deprisa ¿También
se siente igual de optimista?
- No. Soy mucho más pesimista sobre las perspectivas que tenemos de
comprender la energía oscura. Para eso habrá que esperar a que se
produzcan nuevos y revolucionarios descubrimientos sobre la naturaleza
misma del espacio. La energía oscura es una propiedad intrínseca del
espacio vacío. Y, como la gravedad, es más fuerte cuanto mayor sea la
escala que consideremos.
- Usted ha dicho que la energía oscura es importante para el futuro del Universo, pero que no influyó demasiado en su pasado.
- Sí, es correcto.
- ¿Por qué?
- Porque hay una cantidad infima de energía oscura en una porción
pequeña de espacio vacío. Y en el pasado, al principio, el Universo
estaba muy comprimido y era muy pequeño. A medida que el Universo fue
creciendo, la energía oscura se fue haciendo más y más fuerte, y en el
futuro cada vez lo será más.
- Por qué no podemos sentir los efectos de la energía oscura dentro de las galaxias y de los cúmulos de galaxias?
- Porque a nivel local, donde abunda la materia, como en las
galaxias, la energía oscura es mucho menos fuerte que la gravedad. Pero a
gran escala la cosa cambia, y la energía oscura se vuelve dominante. A
escala cósmica, la atracción gravitacional es ampliamente superada por
esa fuerza misteriosa que subyace en el espacio vacío y que empuja a las
galaxias a alejarse unas de otras.
- La energía oscura irá alejando, cada vez más
deprisa, a las galaxias las unas de las otras. ¿Nos espera realmente un
futuro frío y oscuro en el que ya no podamos ver ninguna galaxia?
- Sí, la mayoría de las predicciones indican que si la energía oscura
sigue actuando como hasta ahora, la materia se irá distanciando cada
vez más, diluyéndose en un Universo cada vez más grande, oscuro y frío.
Casi todas las galaxias que podemos ver hoy se irán alejando cada vez
más hasta desaparecer por completo de nuestra vista. Solo nuestra propia
galaxia, Andrómeda y algunos vecinos muy próximos se quedarán dentro de
nuestro alcance visual.
- Sería posible que, de algún modo, la energía oscura se fuera ralentizando, o incluso invirtiendo su tendencia actual?
- Es una posibilidad interesante, pero nada indica que vaya a ser así.
- La Cosmología y la Física de partículas son
dos caras de una misma realidad y están íntimamente conectadas. ¿Puede
explicar esta conexión?
- Bueno, no podríamos comprender el Universo, ni su origen, sin la
Física de partículas. Y para comprender las estrellas, es necesario
comprender la Física nuclear. Lo mismo sucede con la materia oscura.
Nosotros sabemos ya cómo son los átomos, pero debemos
«El ser humano en un par de siglos no será igual al actual»
comprender aún cómo de la simplicidad del principio, cuando sólo
había hidrógeno y helio, hemos podido llegar a la complejidad y variedad
actuales. Sabemos que los átomos de los demás elementos se fueron
formando dentro de las estrellas y que pasaron al medio espacial cuando
esas estrellas explotaron, para formar nuevas generaciones de estrellas
más complejas. Pero no sabemos aún de qué forma, ni cómo, todo esto
comenzó. No sabemos por qué, en un momento determinado, el Universo hizo
“bang”.
- Y luego está la materia oscura…
- Si. Y resulta que es cinco veces más abundante que la materia
ordinaria de la que están hechas las galaxias y las estrellas. Hace
tiempo que logramos reconciliarnos con la idea post copernicana de que
la Tierra no ocupa un lugar privilegiado ni central en el Universo. Pero
la cosa va más allá y nuestro estatus cósmico está sufriendo otro
varapalo. El “chauvinismo de las partículas” tiene que acabar. Porque
resulta que no estamos hechos de la materia dominante del Universo.
Nosotros, las estrellas y todas las galaxias que podemos ver son solo
restos de sedimentos en el cosmos. Entidades muy diferentes, y aún
desconocidas, controlan su forma y estructura presente y determinarán
también cuál será su destino.
- Y hablando del Big Bang, ¿Cree usted que
sólo hubo uno o que pudo haber muchos más? Y si es así, esos otros
Universos surgidos de esos big bangs estarían gobernados por las mismas
leyes físicas que el nuestro?
- El hecho de que haya habido uno o múltiples Big Bangs
es una de las cuestiones que estamos intentando dilucidar. Al principio
de nuestro Universo, una serie de fluctuaciones muy concretas y
precisas dieron lugar, precisamente, a este Universo en concreto.
- ¿Y cree usted que pudo haber más de un Big Bang y que hay, por lo tanto, más de un Universo?
- Muchos físicos creen que podría haber un gran número de estados de
vacío diferentes, es decir, escenarios diferentes que generarían Físicas
diferentes. Si tienen razón, lo que nosotros llamamos “leyes de la
Naturaleza” podrían ser solo las leyes locales que gobiernan el
escenario en el que nosotros vivimos, pero que no rigen en cualquiera de
los demás escenarios. Yo estoy de acuerdo con estas ideas y creo que es
muy probable que “nuestro” Big Bang no sea más que una isla de espacio
tiempo en un archipiélago cósmico mucho más grande.
- ¿Sería posible obtener alguna clase de pista que delate la existencia de estos otros Universos?
- Pistas directas no, pero sí predicciones de la Física que son
compatibles con la existencia de otros Universos diferentes al nuestro.
Es, además, muy probable que en algunas décadas logremos tener una
respuesta más concreta.
- ¿Cree posible la vida más allá de la Tierra?
- Esa es otra de las cuestiones fundamentales. Desde hace un par de
décadas se han venido descubriendo miles de planetas alrededor de otras
estrellas. Pensemos que, solo en nuestra galaxia, hay más de cien mil
millones de estrellas, y que muchas de ellas tienen sus propios
planetas. No comprendemos aún cómo empezó la vida, pero resulta lógico
pensar que si hay vida aquí, en la Tierra, también en algún otro de los
cientos de miles de millones de planetas de nuestra galaxia debería
haberla. O en los cientos de miles de millones de planetas de los
billones de galaxias que hay además de la nuestra… Creo que en diez o
veinte años sabremos, por fin, cómo empezó la vida, y tendremos también
una nueva generación de telescopios capaces de penetrar en las
atmósferas de esos planetas y decirnos con seguridad en cuales de ellos
hay vida.
- Piensa usted que la vida es solo un accidente único o que es, por el contrario, una característica general del Universo?
- No lo se. Primero debemos comprender los procesos que la
originaron… Es cierto que los elementos están ahí, y que abundan por
todo el Universo, pero lo que no parece ser tan abundante son las
condiciones para que esos elementos se junten de la manera correcta para
formar un ser vivo, con metabolismo y capaz de reproducirse.
- Usted se ha referido en varias ocasiones a
los “post humanos” que habrá en el futuro. ¿Cree realmente que las
máquinas serán el próximo paso en la evolución humana?
- Sí, pero cuando me refiero a los “post humanos” no pienso solo en
las máquinas, sino también en la genética, una ciencia que ha
evolucionado muchísimo en las últimas décadas. No es fácil decidirse
entre máquinas o criaturas orgánicas diseñadas genéticamente, o quizá
por una mezcla de ambas cosas. Lo que sí creo es que el ser humano de
dentro de un par de siglos ya no será igual al actual. El espacio no es
apto para los humanos, y si queremos conquistarlo, y viajar a las
estrellas, tendremos que adaptarnos nosotros a él.
Publicado por José Manuel Nieves el may 17, 2014
Fuente: http://abcblogs.abc.es/nieves/
La idea ronda los laboratorios de Física desde hace
más de 80 años y algunos la consideraban imposible, pero científicos
británicos aseguran haber dado con la fórmula para hacer realidad el
experimento.
Un equipo de investigadores del Imperial College de Londres acaba de
acercar a la realidad una idea que ronda los laboratorios de Física
desde hace más de 80 años: crear materia a partir de la luz. Algo, por
cierto, que muchos consideraban imposible. El hito se publica en la
revista Nature Photonics.
Breit y Wheeler sugirieron, en 1934, que debería ser posible
transformar la luz en materia mediante la colisión de dos partículas
luminosas (fotones). De esa colisión surgirían un electrón y su
antipartícula, un positrón. Pero ni siquiera ellos creyeron nunca que
esta predicción pudiera llegar algún día a llevarse a cabo de una forma
práctica. De hecho, dicha transformación no ha sido observada jamás en
laboratorio alguno, y los experimentos llevados a cabo hasta ahora para
demostrarla necesitaban que se incluyeran en el proceso terceras
partículas, muy masivas y energéticas.
Pero la nueva investigación es diferente, y muestra por primera vez
que la vieja teoría de Breit y Wheeler puede ser llevada a la práctica
gracias a un nuevo tipo de colisionador “fotón fotón” que sería capaz de
convertir, directamente, la luz en materia. Según los autores del
estudio, la tecnología necesaria para fabricar dicha máquina está
disponible, y su construcción abriría las puertas a un nuevo tipo de
física de altas energías.
100 primeros segundos del Cosmos
El experimento, en efecto, recrearía un proceso que se produjo de
forma natural durante los 100 primeros segundos de existencia del
Universo y que es visible, también, en los GRB (Gamma Ray Burst), las
titánicas explosiones de rayos gamma (las mayores que se producen en
todo el Universo) y que son uno de los misterios que la Ciencia aún no
ha sido capaz de resolver.
Los investigadores, que trabajaban en aspectos aún no resueltos de la fusión nuclear, se dieron cuenta una mañana, delante de una taza de café y en su pequeño despacho del Laboratorio Blackett de Física del Imperial College,
de que su trabajo podría aplicarse también a la teoría de Breit y
Wheeler. El hito contó también con la aportación de un físico teórico
del Instituto Max Planck de Física Nuclear, en Alemania, que estaba de
visita en el Imperial College.
Demostrar por fin la teoría de que es posible transformar la luz en
materia podría revelar la última pieza del puzzle que describe las
varias formas en que la luz y la materia interactúan en la Naturaleza.
Las otras seis piezas de este rompecabezas incluyen la teoría de Paul Dirac (de 1930) de la aniquilación de electrones y positrones y la teoría de Einstein (1905) sobre el efecto fotoeléctrico.
Para Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College, “a
pesar de que todos los físicos aceptan esta teoría como verdadera,
cuando Breit y Wheeler la propusieron también dijeron que no esperaban
que jamás pudiera llegar a ponerse en práctica en un laboratorio. Hoy,
cerca de 80 años después, hemos probado que se equivocaban. Lo que más
nos sorprendió fue descubrir cómo podríamos crear materia directamente a
partir de la luz usando tecnologías que ya tenemos en la actualidad.
Como somos teóricos, pedimos ahora que otros puedan usar nuestras ideas
para llevar a cabo este importante experimento”.
El experimento propuesto por los investigadores se llevaría a cabo en
dos pasos. Primero, habría que usar un potente laser de alta intensidad
para acelerar electrones justo hasta una pequeña fracción por debajo de
la velocidad de la luz. Entonces habría que “disparar” esos electrones
contra una lámina de oro para crear un haz de fotones mil millones de
veces más energéticos que los que forman la luz visible.
El gráfico muestra las diferentes teorías que describen las interacciones entre luz y materia
Oliver Pike, Imperial College London
Habitación vacía
Para el siguiente paso del experimento se necesita un “hohlraum”,
palabra alemana que significa “habitación vacía”. Se trata de un pequeño
contenedor cerrado (hecho también de oro) en cuyo interior se haya
hecho el vacío. Los científicos calentarían el contenedor con un láser
de alta energía para crear un campo de radiación térmica capaz de
generar una luz similar a la que emiten las estrellas.
Después habría que dirigir el haz de fotones obtenido durante la
primera fase a través del centro del contenedor usado en la segunda,
haciendo que los fotones surgidos de ambas fuentes colisionen y formen
electrones y positrones, cuya creación podría ser detectada por el
experimento.
Oliver Pike, el investigador principal del trabajo, afirma que “a
pesar de que la teoría es conceptualmente simple, resulta muy difícil de
demostrar experimentalmente. Nosotros hemos sido capaces de desarrollar
las ideas para este nuevo colisionador muy rápidamente, y el diseño y
la construcción de lo que proponemos también puede llevarse a cabo con
relativa facilidad y con tecnología existente. Tras apenas unas horas de
buscar aplicaciones posibles para los “holraums”, ajenas a su uso
tradicional en la investigación sobre fusión nuclear, nos quedamos de
piedra al darnos cuenta de que ofrecen las condiciones perfectas para
crear un colisionador de fotones. La carrera para fabricarlo y llevar a
cabo el experimento está abierta”.
La luz es una forma de energía muy familiar, pero alguna de sus propiedades permanecen ocultas para el ojo humano. Una de ellas –la polarización– almacena información sobre lo que ocurrió a lo largo de la trayectoria de un rayo de luz. Esta nueva imagen del observatorio espacial Planck de la ESA ha sido confeccionada a partir de las primeras observaciones a cielo completo de la luz polarizada emitida por el polvo interestelar de la Vía Láctea.
Al estudiar esta propiedad de su radiación, los astrónomos pueden deducir los procesos físicos que provocaron la polarización. El estudio de la polarización es muy útil, entre otras cosas, para revelar la existencia y las propiedades de los campos magnéticos que el rayo de luz ha atravesado a lo largo de su trayectoria. Este nuevo mapa fue confeccionado a partir de los datos recogidos por unos detectores del observatorio espacial Planck que actúan de forma similar a las gafas de sol polarizadas. Los remolinos, bucles y arcos bosquejan la estructura del campo magnético de la Vía Láctea.
Los agujeros negros estaban, sin que apenas nadie lo percibiera en aquel entonces, en el centro la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Nadie excepto el excelso matemático y astrofísico que dirigía a principios del Siglo XX el Observatorio de Postdam, Karl Schwarzschild, quien se daría cuenta pronto de su existencia y su importancia en la gravitación universal.
Pero la Primera Guerra Mundial complicó mucho su trabajo científico. Cuando Einstein publicó los artículos en los que enunciaba las ecuaciones del campo gravitatorio de su teoría, Schwarzschild se encontraba destinado en los campos de batalla de Rusia, encargado de calcular la trayectoria de los proyectiles de artillería. Él mismo se había presentado voluntario al ejército del Imperio alemán. Pero el trabajo debía quedársele pequeño porque, tras leer el trabajo de Einstein, se puso inmediatamente a aplicar las nuevas ecuaciones a los objetos del Cosmos.
Y las conclusiones no tardaron en llegar. En enero de 1916 -sólo tres meses después de la publicación de la Teoría de la Relatividad General-, Schwarzschild envió por correo sus resultados a Einstein.«Estoy seguro de que permitirán a su teoría brillar con mayor pureza», escribió desde el frente ruso el astrofísico alemán. El propio genio de la Física se rindió ante los cálculos de Schwarzschild. «Jamás habría esperado que la solución exacta al problema pudiera formularse de una manera tan simple», respondió, según cita el escritor Walter Isaacson en la biografía titulada Einstein, su vida y su universo (Debate).
Dyson: «Los agujeros negros no son raros y no constituyen un adorno accidental de nuestro universo. Son los únicos lugares del Universo donde la Teoría de la Relatividad de Einstein se muestra en toda su potencia y esplendor»
Pero no en todo estaba de acuerdo con los cálculos de Schwarzschild. Éste se había centrado en la curvatura del espacio-tiempo, tanto fuera como en el interior de una estrella esférica. No obstante, en sus conclusiones había algo con lo que Einstein jamás comulgaría. Si toda la masa de la estrella se comprimiese en un espacio lo suficientemente pequeño, el espacio-tiempo se curvaría de forma infinita sobre sí mismo. Lo que ocurriría en ese caso es que dentro de ese pequeño espacio -definido por lo que ha pasado a la historia de la Ciencia como radio de Schwarzschild- nada podría escapar de la fuerza gravitatoria de ese cuerpo, ni siquiera la luz. Pero, además, el tiempo también se vería afectado, dilatándose hasta cero. Dicho de otro modo, si una persona se situase cerca de ese objeto ultradenso quedaría, a ojos de un observador externo, congelado en el tiempo.
La Tierra en una canica
Eso ocurriría, según sus cálculos, si toda la masa de nuestro Sol se comprimiera en un radio de algo menos de tres kilómetros o a la Tierra si pudiésemos concentrar su masa en una canica de dos centímetros. Para Einstein esto era, sencillamente, imposible. Pero ni uno ni otro tendrían tiempo para comprobar que de lo que estaban hablando era de los agujeros negros. Schwarzschild murió en el frente a consecuencia de una enfermedad autoinmune que atacó a las células de su piel pocas semanas después de escribir a Einstein. Y éste también moriría antes de que otros gigantes científicos como Stephen Hawking, Roger Penrose, John Wheeler o Freeman Dyson demostrasen en la década de los 60 que la extraña teoría de Schwarzschild era algo más que real.
Al contrario de lo que ocurre con otras disciplinas científicas, los físicos suelen ser muy buenos vendedores de sus teorías y sus nombres son en ocasiones auténticos productos de marketing diseñados para triunfar. Según cuenta el profesor de Física de la Universidad de Columbia Brian Greene en su obra La realidad oculta (Crítica), el hecho de que el abismo gravitatorio creado por los agujeros negros atrape incluso a la luz implica que estas regiones del Universo estén fundidas en negro, por lo que, poco después de que se publicasen los resultados de Schwarzschild, fueron denominadas como «estrellas oscuras». También el efecto que tienen sobre el tiempo llevó a que se propusiese el nombre de «estrellas congeladas». Pero eso fue hasta que, medio siglo después, John Wheeler -físico teórico de la Universidad de Princeton y uno de los pioneros de la fisión nuclear dentro del Proyecto Manhattan que permitió el desarrollo de la bomba atómica- comenzó a estudiar estos objetos cósmicos ultradensos. «Wheeler, casi tan adepto al marketing como a la física», popularizó estas estrellas con el nombre que las ha hecho célebres: «agujeros negros», relata Greene.
En la actualidad, se han descubierto decenas de agujeros negros en todo el Universo y no pasa una sola semana sin que la comunidad científica publique un nuevo avance en el estudio de estos densos objetos cósmicos. Como explicó el brillante físico británico -nacionalizado después estadounidense- Freeman Dyson, los agujeros negros «no son raros y no constituyen un adorno accidental de nuestro universo. Son los únicos lugares del Universo donde la Teoría de la Relatividad de Einstein se muestra en toda su potencia y esplendor».
Sin embargo, a pesar de los casi 100 años que han pasado desde su descubrimiento y de los esfuerzos de algunas de las mentes científicas más brillantes del siglo XX aún hay muchas incógnitas en torno a los agujeros negros.
La última gran esperanza para avanzar en el conocimiento de estos misteriosos objetos se acaba de desvanecer recientemente. A pesar de lo terrorífico que pueda sonar para el gran público el concepto deun gran sumidero cósmico capaz de engullir cualquier objeto del Universo y del que nada puede escapar, hay agujeros negros en todas las galaxias.
Un sumidero cósmico cercano
Se han detectado agujeros negros en algunas cercanas, como en la Nube de Magallanes, a más de 130.000 años luz de distancia de la Tierra. Pero también en la Vía Láctea. De hecho, un enorme agujero negro de cuatro millones de veces la masa del Sol, llamado Sagittarius A*, domina el centro de nuestra galaxia.
Cuando engullen la materia de cualquier objeto cósmico, la gran atracción que generan acelera esta materia hasta una velocidad cercana a la de la luz. Y cuando eso sucede... ¡Fuegos artificiales! Se emiten rayos X
«En la Vía Láctea hay unos 100.000 millones de estrellas y todas ellas giran en torno a este fantástico agujero negro», dice Jorge Casares, investigador del Instituto Astrofísico de Canarias y de la Universidad de la Laguna. «Para tener ligadas gravitacionalmente a tantas estrellas hay que tener un agujero negro como Sagittarius A* o mayor», asegura.
A principios de año, dos de los grupos más punteros en el estudio y seguimiento de este agujero negro -el que dirige Andrea Ghez en la Universidad de California, Los Angeles (UCLA), y el de Stefan Gillessen en el Instituto Max Planck para Física Extraterrestre de Alemania- anunciaban que, por primera vez, los astrónomos tendrían la posibilidad de asistir a uno de losbanquetes cósmicos de Sagittarius A*. Las observaciones indicaban que en los meses de marzo o abril de 2014 una nube de gas pasaría por el punto más cercano al agujero negro y sería devorada en apenas unos días.
La comunidad astrofísica esperaba el acontecimiento con impaciencia, pero finalmente no ha sido así. Las previsiones han fallado. La semana pasada, la propia Andrea Ghez publicaba una comunicación en un sistema de intercambio de información científica llamado The Astronomer's Telegram donde aseguraba que, después de alcanzar el punto más cercano a Sagittarius A*, la nube de gas -denominada G2- «está todavía intacta». Incluso en ese punto de máximo acercamiento, la distancia entre la nube de gas y el agujero negro sería todavía de 200 veces la distancia que hay de la Tierra al Sol.
«Se esperaba que se deshiciera en el punto más cercano y no ha sucedido», explica Marc Ribó, investigador experto en agujeros negros de la Universidad de Barcelona. «Se sigue observando como si fuera una fuente puntual, lo que permite pensar que G2 podría ser una nube de gas, pero que está alrededor de una estrella», opina.
Las previsiones científicas indicaban que la enorme fuerza gravitacional del agujero negro del centro de nuestra galaxia debería atraer a la nube de gas a velocidades de varios miles de kilómetros por segundo. Sólo para dar una idea de la magnitud, a esa velocidad se podría volar de desde Estados Unidos a España en menos de un segundo. Sin embargo, la fuerza gravitacional de esa posible estrella del interior de la nube de gas podría haber impedido que G2 fuera engullida por el agujero negro.
Representación artística del disco y de los chorros eyectados en el agujero negro de Cygnus X-1.NASA
«Todavía hay gas que está siendo arrancado de este objeto, de la nube G2», asegura a EL MUNDO Andrea Ghez. «Y este material aún podría chocar eventualmente con Sagittarius A*, incluso aunque hubiese una estrella en el centro que evite que el objeto entero sea atraído en forma de espiral y devorado por el agujero negro. Así que sólo es cuestión del grado y la magnitud del evento que podamos observar», dice.
Sea como fuese, se ha desvanecido una oportunidad única para estudiar la acreción de una gran cantidad de materia en uno de los agujeros negros que predecía la Teoría de la Relatividad de Einstein y que demostró en 1916 Karl Schwarzschild desde los campos de batalla rusos.
Resulta paradójico pensar que, a pesar de la urgente actualidad que tiene el estudio del centro de la galaxia para los astrofísicos, Sagittarius A* se encuentra a 26.000 años luz de distancia de la Tierra, por lo que los acontecimientos que se estudian hoy ocurrieron en realidad hace 26.000 años.
Para los astrofísicos, la oportunidad perdida tampoco es el fin del mundo. «Puede ser que volvamos a tener alguna otra oportunidad a lo largo de nuestra vida», afirma Ribó. «Si hubiera pasado hace 15 años, no lo hubiéramos visto, porque los instrumentos de observación de entonces no lo permitían», dice. Y tiene mucha razón. El avance de las tecnologías de observación espacial de los últimos años han sido determinantes. Pero no sólo la construcción de potentes telescopios con espejos de varios metros de diámetro en el desierto de Atacama de Chile o en Hawai. También están siendo fundamentales otras tecnologías para profundizar en el estudio de los misteriosos agujeros negros.
Fuegos artificiales
El hecho de que su enorme atracción gravitatoria arrastre hasta a las partículas elementales de la luz -los fotones-, hace que no emitan ninguna señal y que sean imposibles de detectar por sí mismos. «Los agujeros negros se pueden detectar en fases de actividad, cuando engullen cosas», explica Casares. Si están en estado de quietud, no hay nada que dé la alarma. «No vemos nada», dice.
Sin embargo, cuando engullen la materia de cualquier objeto cósmico, la enorme atracción que generan acelera esta materia hasta una velocidad cercana a la de la luz. Y cuando eso sucede... ¡Fuegos artificiales! Los jirones de materia que el agujero negro arranca a las estrellas o a las nubes de gas cercanas emiten rayos X y otros tipos de radiación que los instrumentos astronómicos actuales son capaces de detectar aunque estén a decenas de miles de años luz de distancia.
Los fuegos artificiales que los astrofísicos pueden ver cuando se produce una acreción de materia en un agujero negro consisten en la formación de un disco de material y de chorros que salen eyectados de forma perpendicular al disco.
«Además de los telescopios de luz infrarroja o de rayos X, estos hallazgos han sido posibles gracias a técnicas de óptica adaptativa que son capaces de corregir en las imágenes las turbulencias de la atmósfera, que deforman las estrellas», dice Casares. «Es como si pudiésemos situar el Very Large Telescope (VLT) del desierto chileno de Atacama por encima de la atmósfera y observar desde allí el espacio».
Los agujeros negros supermasivos como el que ocupa el centro de la Vía Láctea parecen tener mucho más atractivo para el gran público. Pero lo más habitual para los astrofísicos es detectar otros más pequeños -de cinco o diez masas solares- que normalmente están asociados a una estrella, a la que arrancan la materia que es engullida y que permite a los físicos observar el acontecimiento. Según el criterio de los científicos, si su masa es equivalente a tres veces la del Sol es un agujero negro, pero si es menor puede ser otras cosas, como una estrella de neutrones.
Hasta ahora, la comunidad científica ha detectado unos 20 agujeros negros confirmados. Un equipo científico español en el que participan Jorge Casares y Marc Ribó es uno de los más activos en la búsqueda de estos objetos y es responsable del hallazgo de seis de los 20 encontrados en total. «Vemos unos dos eventos de acreción de materia en agujeros negros cada año», dice Casares. «Es más fácil ver acontecimientos en agujeros negros más pequeños», explica Ribó.
La explosión de una estrella en una supernova puede dar lugar a uno de estos objetos cósmicos y, de hecho, esto ya se ha observado tras un colapso estelar. Pero lo que continúa siendo un enigma es cómo se formaron los agujeros negros de varios millones -incluso de millones de millones- de masas como la del Sol. «Los agujeros negros muy masivos, de cientos de miles de millones de masas solares se postula que se formaron en el origen del Universo, cuando las estrellas que se formaban en aquel cosmos primigenio tenían masas enormes y explotaban como supernovas», dice Casares. La formación de cúmulos de agujeros negros en aquel universo recién nacido podría explicar la presencia de gigantes como Sagittarius A*.
Materia oscura
Otro de los grandes misterios de los agujeros negros es por qué existen de pequeño tamaño, unas cinco o 10 masas solares, y de gran tamaño, millones de veces la masa del Sol y no hay evidencias de la existencia de agujeros negros intermedios de 100 o 1.000 masas solares. Demasiadas incógnitas. Pero en este terreno de la Astrofísica y Física teórica de vanguardia todo puede complicarse aún más. Y es que en algún punto el papel cósmico de los agujeros negros se da la mano con otro de los grandes misterios actuales del estudio del Cosmos: la materia oscura.
El año próximo, el proyecto Event Horizon Telescope -una iniciativa para crear una red global de observatorios para estudiar el entorno inmediato de Sagittarius A*- alcanzará suficiente resolución como para diferenciar la luz que es arrastrada hacia el interior del agujero negro de la que va a parar al enigmático halo de materia oscura que lo rodea.
Hace apenas tres días, un equipo científico de EEUU daba un paso adelante en el estudio de esta indescifrable pareja de objetos cósmicos que domina nuestra galaxia. El descubrimiento de una estrella que viaja a una velocidad de casi dos millones de kilómetros por hora podría arrojar luz sobre el más oscuro secreto de la Vía Láctea. «No podemos ver el halo de materia oscura, pero su gravedad actúa sobre la estrella», dice Zheng Zheng, profesor de Física y Astronomía de la Universidad de Utah y autor principal del estudio.
Según los expertos, una desviación de la forma prevista de este misterioso halo podría indicar que la teoría de la gravedad de Einstein necesita ser revisada. Pero aún es pronto para eso. En el año 2018, una estrella llamada So-2 pasará considerablemente más cerca del agujero negro gigante del centro de nuestra galaxia de lo que está la nube de gas G2 en este momento. La órbita de esta estrella podría poner a prueba si las ecuaciones de Einstein describen correctamente la gravedad en las inmediaciones de un agujero negro supermasivo. Para ese momento, las teorías del genial físico alemán y los cálculos matemáticos de Karl Schwarzschild ya habrán cumplido más de 100 años. Y, como en aquel momento, los agujeros negros aún serán uno de los grandes misterios del Universo para los físicos.
are tunnels connecting two points in space-time. If something could traverse one, it would open up intriguing possibilities, such as time travel and instant communications.
