De soñadores a astrofísicos

Hace más de cien años, en 1915 Albert Einstein revolucionó la física y cambió el conocimiento acerca del mundo y del universo. Su teoría de la relatividad general introdujo el concepto de la curvatura del espacio-tiempo. El proyecto de investigación Gravedad, supergravedad y supercuerdas (GRASS), en el que trabaja Carmen Gómez-Fayrén en el Instituto de Física Teórica (IFT-CSIC-UAM), trata de encontrar una teoría completa de la gravedad que explique los dos pilares sobre los que se basa la física moderna, la teoría clásica de Einstein y la mecánica cuántica. Y lo hace estudiando la estructura y los fundamentos de ambas.

Este grupo de investigación es uno de los pocos que plantea este enfoque novedoso. “Estudiamos la teoría de cuerdas como una candidata a esa teoría cuántica de gravedad que buscamos, e investigamos unos de los objetos más misteriosos y que más información nos dan de ellas: los agujeros negros. Esto nos ayuda a entender desde cómo funciona el universo hasta cómo se creó, respondiendo así a por qué evoluciona y se expande, o por qué es como lo vemos”, indica la científica.

David Navarro se preguntaba de pequeño por el origen del universo y de la vida. Ahora trata de responder a esas cuestiones desde el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), donde investiga la evolución del universo a gran escala. “Medimos las distancias desde las galaxias a la Tierra y, a través de esa información y de las formas de las galaxias, analizamos la relación que existe entre la orientación de las galaxias con los centros gravitatorios del halo de materia oscura alrededor del que se han formado”, explica Navarro.

Mediante datos del experimento Paus (Physics of the Accelerating Universe Survey), que determina las distancias de las galaxias de un número muy elevado de objetos para un área relativamente pequeña y de forma precisa, estudian si la orientación de las galaxias es aleatoria o sigue algún patrón. “La luz que nos llega de los objetos pasa a través de unos filtros con cierto rango de longitud de onda. Cuanto más estrecho es el rango, mejor se pueden determinar dichas distancias”, añade. La información obtenida puede contribuir, además, a estudios que caracterizan la desviación de la luz debido a la materia que se encuentra en su camino.

Dos de los mayores interrogantes en cosmología

Precisamente, la energía y la materia oscuras representan el 95% del contenido del universo. Son dos de los mayores interrogantes en el campo de la cosmología. Con el objetivo de ahondar en su conocimiento, Indira Ocampo, investigadora en el grupo de Cosmología del IFT-CSIC-UAM, trabaja con la estructura a gran escala del universo, que está formada a partir de patrones de agrupaciones de miles de millones de galaxias. “La estructura a gran escala del universo tiene un parecido visual con las redes de conexiones neuronales de nuestro cerebro”, comenta.

Para poder obtener información sobre la materia y la energía oscuras su grupo trabaja con simulaciones y aprendizaje automático. El impacto de este proyecto, destaca la científica, radica en el próximo lanzamiento de la misión Euclid, de la ESA, que recopilará datos de estos dos componentes del universo.

Álvaro López-Gallifa, científico del Centro de Astrobiología. / PABLO BLÁZQUEZ

Atraído por los planetas y el Sistema Solar, Álvaro López-Gallifa, del Centro de Astrobiología (CAB-CSIC-INTA), seleccionó la formación de los sistemas planetarios como tema para su tesis doctoral. “Para que una nebulosa o nube molecular forme un sistema planetario -explica- se tienen que dar varias fases”. Primero surge una nube molecular, donde hay polvo interestelar frío y poco denso. Después, este polvo se condensa y forma estrellas. Y cuando la estrella está formada, se empieza a formar un disco de gas y polvo de gas polvo de donde saldrán los planetas.

“En nuestro proyecto detectamos moléculas en el espacio en distintas fases de formación del sistema planetario. El objetivo es ver cómo evolucionan o cambian de una fase a otra. Además, tratamos de conocer si estamos en la Tierra porque los meteoritos que impactaron en nuestro planeta trajeron moléculas claves para la formación de la vida”, señala López-Gallifa.

En ocasiones, esos sistemas planetarios están formados alrededor de púlsares, estrellas de neutrones con períodos de rotación muy pequeños y altamente magnetizadas. Un reto en el campo de la astrofísica es conocerlos mejor y también los procesos físicos que ocurren en ellos y a su alrededor. La principal vía para detectar los púlsares es a través de su emisión en longitudes de onda de radio, pero algunos emiten también radiación de altas energías, rayos gamma y rayos X. Daniel Íñiguez-Pascual, doctorando en el ICE-CSIC, estudia este último grupo.

“Mediante el desarrollo de modelos radiativos teóricos intentamos explicar cómo y en qué lugar concreto del pulsar se produce esta radiación de altas energías. La comparación con datos observacionales obtenidos con telescopios nos permite evaluar la capacidad de nuestros modelos para explicar dicha radiación y obtener información sobre los procesos físicos que la producen”, indica Íñiguez-Pascual.

Daniel Íñiguez-Pascual, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio. / CÉSAR HERNÁNDEZ

Planetología y exploración espacial

Óscar Ercilla, investigador del departamento del CAB-CSIC-INTA, también quedó fascinado de pequeño por los planetas y sus lunas. Esa pasión le ha llevado a estudiar las propiedades eléctricas de soluciones con sales y con volátiles en lunas heladas (como Europa o Encélado) y otros cuerpos del Sistema Solar (como Marte o Ceres). “Estas mediciones son necesarias para interpretar los radargramas (imágenes de radar) que envían los radares instalados en misiones como las que hay en Marte o las lanzadas a Júpiter para estudiar varias de sus lunas”, explica Ercilla.

El radar permite interpretar las capas y estructuras de un cuerpo mediante la emisión de una onda electromagnética que penetra en el terreno y lo atraviesa. En el CAB se realizan estos ensayos en cámaras de presión con las que simulan las condiciones de las soluciones a presiones y temperaturas en las que podrían encontrarse en el interior de estos cuerpos. “Con ellas podemos producir clatratos de CO₂, estructuras de hielo de agua que, normalmente, albergan en su interior una molécula de un gas como el CO₂. Hacerlo en el laboratorio es clave para avanzar en el conocimiento de estos cuerpos”, apunta el científico.

En los últimos 25 años, la investigación en torno a los exoplanetas ha experimentado un auge gracias a misiones espaciales como Cheops (Characterizing Exoplanet Satellite), de la ESA. Esto ha permitido, hasta la fecha, conocer más de 5.000 planetas que orbitan más allá del Sistema Solar. Claudia Soriano, doctoranda del ICE-CSIC, estudia estos cuerpos estelares que, según su tamaño, se clasifican en: tierras, súper tierras, neptunos y gigantes gaseosos (conocidos como Hot Jupiters). Estos últimos presentan una peculiaridad, están más hinchados de lo que se esperaría según los modelos de enfriamiento y evolución planetaria, y se encuentran a una distancia más próxima a su estrella que cualquier planeta del Sistema Solar.

“Hemos comprobado que la energía que reciben de sus estrellas no es suficiente para hincharlos. La explicación más prometedora, y la que estudiamos, es la disipación óhmica, que permite utilizar la energía producida por la disipación de corrientes inducidas debido al movimiento del material ionizado en la atmosfera para poder hinchar el planeta”, señala Soriano. Basándose en simulaciones y modelos físicos, su grupo de investigación desarrolla dos proyectos: estudiar la generación de perturbaciones y corrientes eléctricas en la atmosfera y comprobar si, al disiparse, podrían hinchar los Hot Jupiters y generar varios modelos de evolución planetaria, teniendo en cuenta distintos modelos de disipación óhmica.

Para desentrañar los secretos del universo, la humanidad ha recurrido al envío de satélites al espacio. Uno de los principales problemas cuando se ponen en órbita es su movilidad. El investigador Raúl Ramos, del Centro Nacional de Microelectrónica (IMB-CNM-CSIC), trabaja en el diseño y fabricación de microdispositivos (MEMS, acrónimo del inglés Micro-Electro-Mechanical Systems) que se utilizan como propulsores eléctricos para satélites basados en el principio de electrospray, una técnica utilizada en espectrometría de masas para producir iones.

“Estos dispositivos consisten en chips individuales con una matriz de conos y agujeros mecanizados en obleas de silicio. Se aplica una diferencia de potencial para conseguir un fuerte campo eléctrico que ioniza el propelente (combustible que se usa en la propulsión de cohetes) y permite la emisión de iones para propulsar los satélites”, explica Ramos. De esta manera se pueden corregir las órbitas de los satélites y evitar colisiones. Su investigación, que realiza en paralelo en la empresa IENAI SPACE, tiene una vertiente de transferencia del conocimiento a la industria.

La curiosidad que sintieron de pequeños por el espacio estos investigadores e investigadoras del CSIC ha guiado sus pasos hasta centros punteros de la institución, donde avanzan, desde la investigación básica y aplicada, en el conocimiento del universo.

María González

maria.gonzalez@csic.es