El experto en ondas gravitacionales Bernard Schutz fue uno de los conferenciantes invitados al 9th Iberian Gravitational Wave Meeting, un congreso organizado la semana pasada por el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) en Santiago de Compostela. Además de compartir con la comunidad investigadora los avances científicos y tecnológicos de esta nueva forma de “escuchar” el Universo, dio una charla divulgativa en la USC sobre el papel crucial de estas oscilaciones espacio-temporales, predichas por Einstein en 1916, en la evolución humana.

Por Elena Mora

“La primera detección de ondas gravitacionales en 2015 fue fantástica; sin embargo, la ocurrida el 17 de agosto de 2017 tuvo consecuencias e implicaciones mucho mayores”, afirma Bernard Schutz, catedrático en la Universidad de Cardiff y con una trayectoria de más de 40 años dedicada al estudio de estas vibraciones. “Al observar la fusión de esas dos estrellas de neutrones comprendimos que la mitad de los elementos de la tabla periódica, los más pesados, se producen en ese tipo de explosiones”. Fue un hallazgo excepcional que los medios de comunicación internacionales recogieron ávidamente, aunque los titulares destacaron casi en exclusiva las evidencias definitivas del origen de uno de nuestros metales más preciados: el oro.

Si bien ya se sabía que las estrellas son los hornos que fabrican en su interior los elementos químicos mediante la nucleosíntesis —proceso por el que el hidrógeno se fusiona en átomos más pesados- no había suficientes pruebas de cómo se generaban los que están más allá del hierro. Se necesita más energía para que los núcleos atómicos se fusionen y aquí es donde entran en juego las estrellas de neutrones: con unas 1,5 masas solares y el diámetro de la ciudad de Santiago, son tan compactas y densas que la energía emitida cuando chocan, tras danzar en espiral obligadas por las ondas gravitacionales, es descomunal. Fruto de esta explosión nacen dos elementos que pasaron en su momento desapercibidos para el gran público, aunque no para Schutz: el uranio y el torio. Desde hace poco, junto con su colega Tsvi Piran de la Universidad Hebrea de Jerusalén, estudia el papel de estos isotopos en la evolución de la vida en la Tierra. Como explicó ante un público inicialmente escéptico en la Facultade de Física de la USC el pasado lunes, el uranio 238 y el torio 232 mantienen la Tierra caliente mediante la energía que emiten al desintegrarse; y este calor, tras una larga sucesión de eventos, ha hecho posible que hoy gocemos de una inteligencia más desarrollada que nos ha traído hasta aquí.

Uranio y torio, fuentes de calor terrestre

La Tierra se formó a partir de un disco de polvo y gas que colapsó por su propia gravedad hace unos 4.500 millones de años. Esa nube, de la que nacerían también el resto de los cuerpos del Sistema Solar, estaba compuesta por elementos químicos expulsados por generaciones de estrellas anteriores al Sol, entre los cuales se encuentra el uranio y el torio que existe hoy en la naturaleza. Distribuidos por el interior terrestre, liberan energía al ir desintegrándose paulatinamente, ayudando a mantener el núcleo externo de la Tierra como hierro líquido. Esto a su vez nos permite tener un campo magnético que nos protege del viento solar y, en última instancia, mantiene la atmósfera que posibilitó el desarrollo de la vida. Marte, por el contrario, aun compartiendo muchas de las características de nuestro planeta, es inhabitable porque perdió su campo magnético.

“Aparte de la existencia de la magnetosfera, el uranio y el torio también causan el movimiento de las placas tectónicas”. Schutz sostiene “que el calor liberado produce la convección del manto terrestre, que es rocoso, y que durante millones de años provoca el movimiento de los continentes”. Y prosigue: “suceden dos procesos clave: el primero es que se recicla el carbono. El dióxido de carbono queda atrapado en las conchas y los caparazones de animales enterrados en la roca caliza del suelo que, mediante el movimiento de subducción, emerge de nuevo a través de los volcanes, manteniendo el CO₂ atmosférico que necesitan las plantas para hacer la fotosíntesis y nosotros para respirar”.

La segunda consecuencia del movimiento continental es que obligó a los animales a evolucionar de forma diferente. “Aquí es donde encontramos el mayor contraste: mientras que en los océanos los animales experimentaron retos más pequeños en su entorno, en los continentes el clima podía cambiar drásticamente, y había otras amenazas como volcanes y terremotos que obligaban a los animales a adaptarse y evolucionar”. Prudente, pero convencido, Schutz concluye que “este es el motivo por el que encontramos una inteligencia social más evolucionada en animales terrestres. La naturaleza nos ha desafiado mucho más a nosotros que a los animales que evolucionaron exclusivamente en los océanos”.

Gravedad pura y física fundamental

Este viaje retrospectivo hacia nuestros orígenes comenzó con las ondas gravitacionales producidas por dos estrellas de neutrones y observadas por los interferómetros LIGO y Virgo en 2017 . A pesar de lo habitual de estas detecciones en la actualidad, no fue hasta 2015 cuando se encontraron por primera vez, poniendo fin a un periplo científico y tecnológico que se remonta a 1916 cuando Einstein las predijo en su Relatividad General. Schutz reconoce que durante su carrera hubo períodos complicados, pero nunca dudó acerca de la posibilidad de detectarlas. “Llevó tiempo y financiación desarrollar la tecnología”, confiesa. De hecho, unos diez años tras finalizar su tesis doctoral dirigida por Kip Thorne, premio nobel de Física en 2017 por el descubrimiento de éstas, se le pidió que contribuyera a la propuesta de un nuevo detector en Escocia. “Como físico teórico, tuve que convencer a los organismos de financiación de por qué debíamos construirlo y eso me sedujo por completo. Las ondas gravitacionales son gravedad pura y física fundamental y nos traen información de lo que ocurre en el Universo. Por eso son tan fascinantes”, afirma entusiasmado.

Su interés por ellas le llevó a publicar un artículo en Nature en 1986 por el que ha sido reconocido con la Medalla Eddington el pasado mes de enero. “Mostré cómo podrían usarse las ondas gravitacionales para conocer la velocidad de expansión del Universo. En Astronomía es casi imposible determinar distancias porque, por ejemplo, observas una estrella y no sabes si su brillo se debe a que está cerca o porque, aunque está más lejos, es intrínsecamente más luminosa. Gracias a las ondas gravitacionales podríamos saber cuán lejos está el sistema que las produce. Si podemos medir la velocidad con la que el sistema se está alejando de nosotros, por ejemplo, midiendo el desplazamiento al rojo del espectro de la galaxia donde ocurrió el evento, podemos medir lo que denominamos la constante de Hubble-Lemàitre, el cociente entre la velocidad y distancia que rige la expansión del Universo. Incluso hoy en día, los astrónomos no se ponen de acuerdo con ese valor así que esperamos poder ayudar a resolver esta controversia «.

Mirar al futuro para conocer los orígenes

Trabajos como los de Schutz han utilizado las primeras detecciones de LIGO y Virgo, que son solo el comienzo de nuestra búsqueda para escuchar y comprender la naturaleza de las ondas gravitacionales. Mirando hacia el futuro, ya hay planes para detectores terrestres diez veces más grandes que los actuales, además de para uno en el espacio: la misión LISA (Laser Interferometer Space Antenna) de la Agencia Espacial Europea (ESA), que observará ondas en rangos de frecuencia donde LIGO y Virgo no son sensibles. «En el espacio podemos evitar el ruido gravitacional de la Tierra y construir un detector tan grande como queramos para encontrar las ondas más débiles», afirma Schutz, involucrado en el diseño de esta misión. Programado para su lanzamiento en 2034, LISA consistirá en tres naves separadas 2,5 millones de km formando un triángulo que sigue una órbita heliocéntrica a 50 millones de km de la Tierra. Su sensibilidad será óptima a unos 10^-3 Hz, una frecuencia en la cual el Universo es rico en ondas gravitacionales. «LISA estará casi desbordado de señales, y nuestra preocupación será separar las señales superpuestas en lugar de encontrarlas bajo el ruido del detector». LISA permitirá dar ese salto de gigante necesario para seguir indagando en nuestros orígenes al poder asomarnos justo cuando las primeras estrellas y agujeros negros primordiales comenzaron a formarse. «Cuando los observamos tan atrás en el tiempo, estaremos desentrañando aún más la historia de los orígenes de los seres humanos».