La astrónoma Catherine Heymans, sobre parte de su mapa de materia oscura.

La astrónoma Catherine Heymans, sobre parte de su mapa de materia oscura. FBBVA

Investigación Materia Oscura

Catherine Heymans: "¿Para qué necesitamos un nuevo Einstein? Ya tenemos miles y miles"

Esta astrónoma de la Universidad de Edimburgo fue la primera en crear un mapa de la materia oscura, ese material esquivo e invisible que forma la mayor parte del universo.

Las cosas que podemos observar, como estrellas o planetas, sólo suponen un 4,9% de todo el universo. El resto se reparte entre materia oscura y energía oscura. No podemos verla ni medirla, pero los físicos están convencidos de que ocupan un rol en la formación y ubicación de las galaxias.

Una de las principales contribuciones recientes a entender el universo oscuro fue el mapa que hace casi una década comenzaron a hacer dos jóvenes astrónomas, Meghan Gray y Catherine Heymans. Lo que hicieron fue observar imágenes de más de 60.000 galaxias situadas a miles de años luz de la Tierra. La luz que emitían esas galaxias fue capturada por el telescopio espacial Hubble, y llegaba curvada debido al efecto de la gravedad provocado por la materia oscura que las rodeaba.

Ilustración de un mapa de materia oscura.

Ilustración de un mapa de materia oscura. NASA

El resultado de ese mapa del universo oscuro, presentado en 2012, fue algo parecido a un conjunto de neuronas, dendritas y sinapsis, y reveló algo sorprendente: la materia oscura formaba una especie de andamio que sostenía el universo visible. Desde entonces, Heymans y su equipo se han centrado en utilizar nuevos telescopios, nuevos detectores y, sobre todo, nuevas teorías cosmológicas para seguir avanzando en nuestra comprensión de la parte más misteriosa del universo, que es su gran mayoría.

La astrofísica ha pasado esta semana por Madrid para ahondar desde la Fundación BBVA en la necesidad de una "nueva física" para poder seguir ofreciendo respuestas a estas preguntas.

¿Qué preguntas intentaban resolver cuando crearon aquel primer mapa de la materia oscura en el universo?

Hace cinco años hicimos este proyecto y fuimos las primeras en lograr por primera vez un mapa a gran escala de la materia oscura. Lo que encontramos satisfizo nuestras expectativas, vimos que la materia oscura ordena cuándo y dónde se forman las galaxias en nuestro universo. La materia oscura es completamente invisible, no puedes verla y la única forma de saber si está es por el efecto que tiene en las cosas que sí puedes ver. Pasamos cinco años haciendo profundas observaciones de cuatro trozos del cielo y centrándonos en diez millones de galaxias fuimos capaces de crear este mapa de materia oscura, gracias al efecto que tenía sobre la luz que emitían estas galaxias muy distantes. Cumplió con nuestras expectativas pero en realidad era tan solo un trozo muy pequeño del cielo, así que nos propusimos hacerlo más grande y mejor.

Me parece muy interesante el hallazgo de que la materia oscura tiene una especie de... no sé si llamarlo "estructura", pero que no está repartida aleatoriamente.

Sí, es como una red cósmica gigante, tiene nodos densos que es donde encuentras miles de galaxias y luego una especie de filamentos ralos que conectan unos nodos con otros. Casi puedes imaginarlo como un mapa de carreteras, donde encuentras ciudades, que serían estos nodos, y los filamentos como carreteras que unen unas ciudades con otras. Fuimos los primeros en ver que la materia oscura formaba ese tipo de formas y estructuras.

Es una metáfora muy buena. ¿Y desde aquel punto hasta este momento, en qué ha mejorado ese mapa?

En ciencia siempre hay dos caminos que puedes tomar: puedes usar instrumentos mejores -telescopios o detectores más grandes- o puedes avanzar en las teorías, en el conocimiento teórico, para explicar lo que estás observando. Nosotras, nuestros grupos, hemos tomado ambos caminos. Tenemos un maravilloso telescopio nuevo en el Cerro Paranal de Chile, el VST, perteneciente al Observatorio Europeo Austral. Siempre que el tiempo es perfecto, miramos a dos trozos del cielo, uno en el norte y otro en el sur. Cada trozo tiene un tamaño como desde el codo hasta la muñeca, si flexionas el brazo mirando al firmamento. Pero cuando terminemos las observaciones, el mapa será diez veces más grande que el último que hicimos. Eso nos está dando mapas de la materia oscura más anchos y más profundos, y nos está permitiendo confrontar muchas teorías diferentes sobre el universo oscuro. ¿Por qué está ahí la materia oscura, por qué se comporta así? ¿Qué hay de esa misteriosa energía oscura que afecta a cómo esa red cósmica aparece cada vez que miramos? Y luego tenemos diferentes teorías sobre el origen de la materia y la energía oscura. Y con este set mayor de datos podremos confirmar si estas teorías están en lo cierto o no.

¿Cree que estamos llegando a un límite en el aspecto tecnológico, que necesitamos nuevos aparatos para poder responder a determinadas preguntas sobre el cosmos?

En estos momentos, creo que todos los avances importantes en ciencia vienen de un avance en la tecnología, y realmente van de la mano. Tenemos una pregunta muy importante para la ciencia, y es que no sabemos qué compone el 95% de nuestro universo. Conocer la respuesta sería un avance enorme para la ciencia, por ello esta pregunta está impulsando hacia delante la tecnología para construir los instrumentos que necesitamos para hacer las observaciones.

En ciencia siempre hay dos caminos que puedes tomar: puedes usar instrumentos mejores o puedes avanzar en las teorías

Actualmente estamos preparándonos para dos nuevos proyectos, en uno de los cuales España tendrá un papel fundamental: el Euclid será lanzado en tres años y es un telescopio que llega por encima de la atmósfera tomando imágenes del cielo nocturno por completo. Va a ser una vista sin precedentes del universo. Al mismo tiempo, en el suelo tendremos un nuevo telescopio llamado LSST que va a estar mapeando todo el cielo nocturno durante diez años. Va a ser un conjunto de observaciones exquisitas y, aunque son competidores, la suma de estos dos instrumentos nos permitirá demostrar teorías que llegan tan lejos como cuestionarse la propia teoría de la gravedad, estos nuevos instrumentos nos permitirán llevar el conocimiento mucho más allá. En resumen, no creo que la tecnología nos limite sino que la ciencia está llevando más lejos la tecnología.

Cuando pensamos en "materia oscura" pensamos en algo homogéneo, como compuesto todo de lo mismo, pero esto también ocurría hace siglos con la materia y puede que ese universo oscuro sea en realidad algo diverso. ¿Cree que en el futuro podríamos desvelar esta incógnita?

Hay muchas teorías diferentes sobre lo que podría ser esa "partícula de materia oscura" y tiene razón en que podría ser una colección de partículas distintas. Actualmente, la principal candidata es la llamada Teoría de la Supersimetría, que dice que cada partícula que existe según el Modelo Estándar tiene una pareja supersimétrica, por lo que habría un montón de partículas de materia oscura. Actualmente, el problema con esta teoría es que, en su escenario más sencillo, esperábamos haber encontrado algunas de estas partículas en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, y aún no las hemos visto. No digo que no vayan a aparecer, pero la gente empieza a ponerse nerviosa. [Risas] Esperaban haberlas visto ya, así que puede que la explicación más simple no sea la correcta después de todo. Sería algo muy emocionante, por otro lado...

Emocionante pero problemático.

Cuando el bosón de Higgs fue encontrado supuso algo fantástico, un avance increíble y todos pensamos que a continuación llegaría el hallazgo de todas estas nuevas partículas, y eso no ha ocurrido... de momento. Hay una actualización del acelerador que tendrá lugar en los próximos dos años, aumentará la energía y puede que entonces aparezcan.

¿Las ondas gravitacionales y su estudio pueden ofrecer respuestas sobre la materia oscura?

Absolutamente. El descubrimiento de las ondas gravitacionales fue un logro de la ingeniería y la tecnología y además, demuestra un aspecto clave de la teoría de la relatividad general de Einstein, que precisamente decía que estas ondas existían. Una de las teorías trascendentales que los físicos estamos intentando probar ahora mismo es la de la propia gravedad, y las ondas gravitacionales son una de las herramientas que tenemos para ello. Sin embargo, esa solo es una parte de la teoría por lo que lo que estamos haciendo en este momento es combinar todas las pruebas diferentes que hay en el universo, ver de cuántas maneras distintas podemos poner la gravedad a prueba, y las ondas gravitacionales son una de las partes, al igual que las lentes gravitacionales que hemos construido para elaborar estos mapas.

Heymans, posando frente a una galaxia.

Heymans, posando frente a una galaxia. FBBVA

¿En el pasado cuál era la forma de estudiar la materia oscura?

La materia oscura tiene el problema de que no interacciona con el espectro electromagnético, ni emite luz ni la absorbe. Así que si quieres detectar estas partículas tienes que hacerlo con su púlsar gravitacional, hay mucha materia oscura que se ve por los efectos que tienen en la gravedad, o si eres un físico de partículas puedes observar a las colisiones: tienen unos tanques enormes bajo tierra llenos de sustancias químicas y esperan a que alguna partícula de materia oscura colisione contra algo, algo que ocurre muy raramente, y se libere un poquito de energía que estos científicos puedan detectar. En esta habitación, ahora mismo, hay entre uno y mil millones de partículas de materia oscura atravesando su dedo gordo cada segundo. Pero puede que tarden entre tres y cuatro horas hasta que colisionen con uno de sus átomos, pero esto es porque estas partículas son tan pequeñas comparadas con aquellas de las que estamos hechos que sólo chocan contra ellas ocasionalmente.

¿Cómo se interesó en empezar a estudiar todo esto?

¡Me encantan las grandes preguntas! Me gusta saber por qué. Soy una eterna niña de tres años. Por qué, por qué, por qué. Esa soy yo. Y esta es una de las grandes preguntas en ciencia hoy, sólo comprendemos un 5% del universo. ¡Es chocante! Eso sí, entendemos ese 5% muy bien y podemos explicar bien las cosas de nuestra vida diaria, pero hay tanto por entender en el universo. Sólo calcular cuánta materia oscura hay ya es un gran logro, pero de dónde vino, por qué está ahí... es turbador no saber nada, pero al mismo tiempo es muy emocionante, porque significa que hay piezas que faltan en nuestra comprensión del universo, y si faltan... ¡hay que encontrarlas!

¿Y ha cambiado mucho lo que sabemos de la materia oscura desde sus años de universidad hasta el momento?

El zoo de diferentes teorías y modelos que tratan de explicar lo que hemos visto ha crecido muchísimo. ¿Necesitamos un nuevo Einstein? No necesariamente, ya tenemos miles y miles ahí fuera sacando nuevas teorías. Lo que realmente necesitamos son los datos para confrontar estas teorías y así progresar.