Entrevista a Rafael Rebolo

Rafael Rebolo, als seus 38 anys disposa d’un ampli currículum científic de més de 90 articles en prestigioses revistes internacionals. És en l’actualitat professor d’investigació del CSIC del qual forma part des de 1988. Coordina l’àrea d’Investigació de l’IAC des de l’any 1997 i és investigador principal de diversos projectes d’investigació que abasten bàsicament tres camps, l’anisotropia de la radiació còsmica de microones, l’origen i evolució d’elements lleugers i la recerca i caracterització de nans marrons i estels freds.

En una conversa fluida i reveladora d’una ferma il·lusió pel treball de recerca, Rafael Rebolo ens analitza el moment que viu la cosmologia actual, i ens recalca per què els projectes d’observació en què està immers aporten dades per comprendre millor com és, com ha evolucionat i com va nàixer el nostre univers.

Un univers en expansió frenada per la gravetat és una imatge tan acceptada i difosa pels cosmòlegs que podem dir que forma part de la cultura general. Sembla, però, que l’observació d’alguns estels en explosió, les anomenades supernoves de tipus Ia, qüestiona aquest model. Per què els cosmòlegs diuen ara que l’expansió de l’univers està accelerant-se?
L’evidència que presenten les observacions de supernoves a alt redshift és molt interessant per les implicacions que té en cosmologia. Es tracta d’observar supernoves allunyades, i s’empra la seua lluminositat per tal d’establir la distància a la galàxia on es troba la supernova. Però el seu interès es basa en la hipòtesi que les explosions de supernoves en galàxies molt distants, i que van ocórrer fa milers de milions d’anys, siguen físicament comparables a les supernoves en galàxies properes…

Es refereix a que pot haver-hi un efecte d’evolució?
En efecte, podrien ser distintes perquè, per exemple, el material de l’estel progenitor de la supernova pot tenir un contingut en metalls diferent. No està clar quin pot ser l’efecte d’aquesta metal·licitat en les corbes de llum que tenen aquestes supernoves i com podria modificar les conclusions d’aquests treballs. Els resultats del programa de supernoves semblen indicar que l’univers experimenta una expansió accelerada, però preferiria ser prudent.

«Em sentiria molt més a gust amb l’escenari complet cosmològic si tinguérem resolt el problema de la matèria obscura»

L’opinió de la comunitat científica és unànime en aquesta conclusió o hi ha discrepàncies?
La major part de la comunitat científica és més aviat cauta. Els investigadors del programa de supernoves estan molt convençuts que la seua interpretació de les dades és la correcta i que les conclusions que se’n deriven són sòlides. Els cosmòlegs estan tan ansiosos de poder resoldre el problema de l’expansió de l’univers que es poden deixar dur per l’entusiasme i acceptar conclusions que es basen en algunes hipòtesis encara no molt sòlides. Quan un resultat transcendeix l’àmbit d’una especialitat i convenç la comunitat científica que treballa en camps propers és quan s’ha de començar a acceptar. Als especialistes que treballen en el camp cal donar-los un vot de qualitat, però també han de convèncer àmpliament. Aquest resultat encara no ha convençut la comunitat astrofísica global. Cal continuar aprofundint-hi per comprendre millor com és la física d’aquestes supernoves de galàxies menys evolucionades.

En el nou model que els cosmòlegs plantegen sembla que la constant cosmològica representa un paper important. Einstein va renunciar a la constant cosmològica, que ell mateix havia introduït, davant l’evidència d’un univers dinàmic. Té un significat físic clar la constant cosmològica, o és una carta a la qual es recorre quan les observacions qüestionen el model fins ara acceptat?
Primer cal establir si de veritat es necessita la constant cosmològica. Cal treballar amb més èmfasi en els aspectes observacionals que poden permetre contestar aquesta pregunta. Després veurem quin és el significat físic. Hi ha experiments plantejats que poden realment limitar amb gran precisió el valor de la constant cosmològica, el valor de la densitat mitjana de l’univers, o el contingut bariònic de l’univers. Per exemple, l’estudi detallat de l’anisotropia del fons de microones és una de les poques eines per conèixer les propietats globals de l’univers. Preferiria no desgastar energies en discussions, quan en quatre o cinc anys es poden tindre mesures, a la llum de les quals pot ser o no interessant mantenir eixa discussió.

El descobriment de la radiació de fons de microones (RFM) fou determinant perquè el model d’un univers en expansió, amb un passat dens i calent i nascut d’una espècie de gran explosió s’imposara. Ara vostè afirma que l’anàlisi de les anisotropies d’aquesta radiació pot delimitar el model cosmològic concret…
Dels projectes d’investigació en cosmologia és on s’espera que hi puga haver, en els pròxims deu anys, el salt qualitatiu més important. Des del punt de vista teòric el marc està bastant ben definit i el que cal veure és si les futures observacions permeten mantenir el model vigent. És una questió de sensibilitat i d’estratègia d’observació i està dins de les capacitats tecnològiques avançar en el coneixement de la distribució de temperatures de la RFM.

En l’observació d’aquestes anisotropies l’experiment de Tenerife i el del COBE van ser les primeres referències…
Si el COBE en el 1992 aconsegueix mesurar el nivell mitjà d’anisotropia, vam ser nosaltres en l’experiment de Tenerife els primers a trobar les primeres estructures cosmològiques, que hem anomenat “cosmosomas”. Aquest és el nom d’un nou projecte del IAC en què volem treballar a escales d’un grau fent observacions des de l’observatori del Teide. I en col·laboració amb el britànics tenim el projecte VSA que, amb un complex interferomètric, permetrà fer mapes de la RFM amb una sensibilitat 50 vegades superior a la del COBE i a escales angulars entre minuts d’arc i un grau. I finalment, amb satèl·lits, el projecte Planck de l’Agència Espacial Europea preveu la creació de mapes amb una sensibilitat sense precedents.

La mesura d’aquestes anisotropies també pot donar llum sobre si hi va haver un curt període d’expansió molt ràpida (inflació) immediatament després del Bing Bang?
La inflació com a marc teòric és molt interessant i sembla encaixar en les observacions actuals de les anisotropies del fons de microones, però perquè siga una realitat contrastable encara hem de fer alguns passos. Les mesures de com canvia l’amplitud de les fluctuacions en la distribució espacial de temperatura, segons es consideren regions de diferents grandàries, marquen un comportament d’acord amb el marc inflacionari. Tanmateix, necessitem una millora de les mesures en un factor 20 o 30 per poder descartar o refrendar definitivament l’escenari inflacionari. Personalment, em sentiria molt més a gust amb l’escenari complet cosmològic si tinguérem resolt el problema de la matèria obscura. Si com apunten les observacions, la densitat mitjana és pròxima a l’anomenada densitat crítica, hem de parlar de matèria no lluminosa que contribueix considerablement a la densitat.

«L’existència dels nans marrons es va predir als anys 60 i des del 1995 és una evidència observacional»

A quines obsevacions es refereix?
Per una part les observacions de les corbes de rotació de galàxies fan pensar que en els seus halos hi ha matèria no lluminosa, i la dinàmica en els cúmuls de galàxies requereix també d’una quantitat de matèria superior a la que es veu brillar.

Però es tracta de matèria bariònica obscura o cal pensar en un altre tipus de matèria?
La millor determinació del contingut bariònic de l’univers prové dels estudis de l’abundància d’elements lleugers sintetitzats en els primers instants de l’univers, quan era molt dens i calent. Si analitzem matèria que puga reflectir el contingut químic immediatament després del Bing Bang, podem comparar amb la predicció teòrica que depèn exclusivament de la densitat bariònica de l’univers. Les densitats que resulten no arriben al 10 per cent de la densitat crítica. Però, d’altra banda, les mesures de corbes de rotació de galàxies apunten a densitats dues o tres vegades superiors, i la dinàmica de les galàxies en cúmuls ens porta a densitats del 50 per cent de la crítica. Com més gran és l’escala, més ens aproximem a la densitat crítica per tal de comprendre el comportament dinàmic. I la densitat bariònica que prediu l’abundància d’elements lleugers està molt lluny de la crítica.

I aquesta quantitat de matèria bariònica que prediu la teoria coincideix amb l’observada?
Encaixa bastant bé amb la matèria lluminosa. Les observacions d’elements lleugers permeten determinar una densitat bariònica que és superior a la que es pot associar a la matèria lluminosa que s’observa. Per tant, tenim una necessitat de matèria obscura de caràcter bariònic normal que pot estar en forma d’objectes que no brillen com nans marrons o planetes, o en forma d’objectes compactes com ara forats negres o estels de neutrons.

Un grup del IAC que vostè dirigeix va anunciar a finals de l’any passat el descobriment d’un nan marró orbitant al voltant d’un estel de l’Ossa Major, podria explicar-nos què és un nan marró?
Un nan marró no és capaç de produir reaccions nuclears com els estels. Els estels brillen durant molt de temps perquè al seu interior té lloc la fusió d’hidrogen, mentre que els nans marrons no tenen prou massa perquè la temperatura del seu interior arribe a la temperatura necessària per tal de fusionar l’hidrogen. Segons els càlculs teòrics, són cossos que detenen la seua contracció quan arriben a la grandària de Júpiter, el planeta més gran del sistema solar.

Però tenen masses molt més grans…
Les masses van des d’algunes vegades la massa de Júpiter fins a 70 vegades la massa de Júpiter, que és el límit per sota del qual un objecte d’aparença estel·lar no pot produir reaccions nuclears en el seu interior. Una conseqüència d’açò és que es preserva el liti, un element fràgil que als estels és destruït i que és present als nans marrons. Aquesta important predicció teòrica ens ofereix un test que nosaltres proposàrem l’any 1992 i que ens ha permès de confirmar l’existència dels nans marrons.

De quina forma es detecten els nans marrons?
Si no van associades a estels, es detecten amb exploracions de gran camp prenent imatges de gran sensibilitat amb filtres que detecten la part més roja de l’òptic o l’infraroig pròxim. Com que des del punt de vista teòric es prediu una distribució energètica de l’espectre, busquem objectes que responen a aquestes propietats. L’existència dels nans marrons es va predir als anys 60 i des del 1995 és una evidència observacional. Nosaltres publiquem en Nature, al setembre, el descobriment d’un nan marró al cúmul de les plèiades, i dos mesos després els americans publiquen, també en Nature, el descobriment d’un nan marró al voltant d’un estel. Tan sols se n’ha decobert un altre al voltant d’un estel, a finals de l’any passat pel nostre grup, però se n’han descobert desenes d’aïllats en l’espai. Estic convençut que si eixírem del Sol en un hipotètic viatge cap a l’estel més pròxim, de sobte ens trobaríem, a uns pocs anys llum de nosaltres, amb aquests objectes de la grandària de Júpiter i amb una temperatura com Venus. I segurament també podríem trobar-hi planetes. En un treball que acabem de fer hem vist que en una regió d’Orion, on hi ha estels joves, hi ha també desenes de nans marrons formats i alguns tenen masses d’unes poques vegades la massa de Júpiter. Estic convençut que hi deu haver objectes com Júpiter, móns inerts no associats a estels.

I planetes que orbiten al voltant d’un estel, on la vida puga ser possible…
En aquest sentit, dins del nostre projecte hi ha també un programa de recerca de companys al voltant d’estels. El problema es complica enormement perquè es tracta de trobar un objecte que brilla molt poc al costat d’una font de llum milions de vegades més intensa. Aleshores, la tecnologia per detectar aquests objectes és distinta. Els estudis que fa Michel Mayor, en què mesura com un estel sent la gravetat d’un objecte subestel·lar, indiquen que hi ha companys de poca massa, però veure’ls, no els hem vist encara. La nostra aproximació és diferent i intentem prendre imatges que permeten acostar-se a la física dels objectes. Prompte tindrem un nou instrument per al telescopi de 4 metres, amb màscares coronogràfiques que oculten la llum de l’estel i permeten veure l’entorn, que incrementarà la nostra capacitat de detecció fins poder veure objectes de la massa de Júpiter.

I els planetes més menuts, tipus Terra, és impossible detectar-los directament?
En efecte, amb els mitjans de què disposem, no és possible. Tanmateix, amb el telescopi de 10 m, i si s’aprova una de les propostes recomanades d’instrumentalització, una càmera infraroja que és una col·laboració entre el IAC i la Universitat de Florida, serem capaços de fer aquest salt. De moment, ens mantenim en la capacitat de detectar planetes amb la massa de Júpiter, cosa que ens pot donar la pista per a una futura recerca d’un sistema planetari, perquè on hi ha un planeta n’hi pot haver més. L’exemple és el nostre sistema solar.