Cambia el paradigma sobre el centro de la galaxia

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El Dr. en Astrofísica de la UNLP, Carlos Argüelles, es parte de una investigación internacional que sostiene que existe un núcleo denso de partículas de materia oscura en lugar de un agujero negro en el centro de la galaxia. Será publicada en la prestigiosa revista Astronomy and Astrophysics.

 

El trabajo involucra al Dr. en Astrofísica Carlos Argüelles, docente de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Nacional de La Plata e investigador adjunto del CONICET, con lugar de trabajo en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG-UNLP-CONICET). Es el único argentino involucrado en este trabajo que también tiene la autoría de colegas italianos y un colombiano. El trabajo se titula: “Geodesic motion of S2 and G2 as a test of the fermionic dark matter nature of our Galactic core” y se publicará en la prestigiosa revista Astronomy and Astrophysics (A&A) el 9 de septiembre.

El tema no es nuevo en la agenda de investigación del Dr. Argüelles, pero lo novedoso es que esta publicación científica suma un aporte sólido para sostener que no sería un agujero negro el “protagonista” del centro de la galaxia sino materia oscura. Y esto vale para galaxias pequeñas y medianas, no sólo para nuestra Vía Láctea.

Como si se tratara de una puja futbolística, gran parte de la comunidad astrofísica internacional toma partido por el paradigma que sostiene que en el centro de la galaxia –la nuestra y otras- hay un agujero negro supermasivo.

“Nuestro modelo –señala el Dr. Argüelles- es una variante que se discute sólo en algunos grupos de investigación, escasos aún porque hace pocos años que surgió. Hasta ahora no existía una solución que pudiera probar que ese núcleo compacto de materia oscura fermiónica ubicado en el centro de la Vía Láctea, pueda explicar el movimiento de las estrellas que orbitan a su alrededor con mejor precisión que el paradigma del agujero negro. La evidencia que estamos aportando ahora es muy fuerte ya que utilizamos todos los datos formales tomados por los telescopios más potentes del planeta, necesarios para poner en el centro de la escena a esta nube de gas densa compuesta por fermiones y no un agujero negro. Un punto central de nuestro modelo es que este núcleo denso fermiónico está rodeado por una atmósfera diluida que se extiende hacia el exterior de la Galaxia, logrando además explicar su curva de rotación, es decir la velocidad de rotación de las estrellas más externas en torno al centro”.

“Esto no quiere decir que no puedan existir los agujeros negros supermasivos al centro de las galaxias. Por el contrario, hace pocos años un grupo de colegas logró tomar la primera imagen de uno supermasivo, de mil millones de masas solares. Lo que propone nuestro modelo es que estas regiones de origen fermiónico colapsan cuando alcanzan masas mayores a 100 millones de masas solares y son la semilla para la formación de los agujeros negros supermasivos. Es decir, que aportamos luz también en ese sentido, ya que es algo que hoy tampoco se sabe con certeza. Nuestra teoría a la vez es consistente con otros fenómenos cosmológicos”.

“Venimos peleando por esta idea desde hace varios años, siempre cuento que cuando empecé a trabajar en esto yo mismo no creía mucho en ella hasta que empecé a convencerme después de ver varios resultados alentadores, y fui cada vez más entusiasta. Trato de forzar la teoría hasta las últimas consecuencias: o la “mato” o crece. En este caso está creciendo ya que los resultados son cada vez más interesantes e interpelan a quienes siguen la línea de la presencia de un agujero negro en el centro galáctico”.

“Nuestro paradigma sostiene que las galaxias medianas y chicas podrían no tener agujeros negros centrales y además refiere al rango de masa de la partícula, unas 9 veces más liviana que el electrón pero neutra, para que esta materia oscura se condense tal como lo describe nuestro modelo. Entonces, estamos aprendiendo qué masa tendría que tener esta nueva partícula que es algo que se desconoce. En síntesis, estamos aportando luz ahí también sobre cuál sería la naturaleza de la materia oscura, su masa y su distribución a pequeña escala.

Echar luz sobre la materia oscura

“Desde que salió un resultado preliminar relativamente interesante al final de mi doctorado, seguí con el tema de la materia oscura, que tiene efectos en cuestiones relativas a los primeros instantes del universo, la formación de estructuras de larga escala, las galaxias y sobre el centro de las galaxias. 

Hay mucho por seguir conociendo acerca de la materia oscura, en nuestro trabajo juegan su rol la física teórica de partículas, la astrofísica y la cosmología”.

En el 2019, el Dr. Argüelles lideró un trabajo científico que obtuvo un premio otorgado por la Gravity Research Foundation (E.E.U.U) por un artículo original sobre el rol de la materia oscura en galaxias y su relación con la física de partículas elementales. Esta nueva publicación es una continuación de dicha investigación.

“Trabajamos con un modelo de formación de halos de materia oscura, con elementos llamados fermiones -similares a los neutrinos pero de mayor masa-  que forman una nube esférica, heterogénea, que rodea a la galaxia”.

“La materia oscura –explica Argüelles- es una materia que no emite luz y que permea todo el universo, y que aún no sabemos de qué está hecha. Pero sí sabemos que no puede estar compuesta de protones, electrones ni de radiación porque esos son los elementos de todas las materias que conocemos. Es una materia neutra, no tiene carga, no genera campos, más que la gravedad”.

Sabemos que la materia oscura está en la parte externa de las galaxias, nuestras ecuaciones nos permiten hacer un modelo que indica que estas nubes de gas también se condensan en el centro galáctico -ya lo mostramos en 2018 y en 2019-, es decir, el núcleo del centro galáctico es lo suficientemente compacto como para explicar el movimiento de las estrellas alrededor”.

En este punto vale señalar que en regiones como el centro Galáctico, y debido a la gran de opacidad del mismo, las observaciones no se realizan en el rango óptico sino en otras bandas del espectro, como el infrarrojo. Los especialistas utilizan, los datos más precisos a la fecha de posiciones y velocidades de estrellas cercanas al centro de la galaxia, para luego intentar inferir la razón de dicho comportamiento. Algunos grupos de investigación sostienen que es un agujero negro supermasivo –de mil millones de masas solares- quien “altera” a aquellos distantes objetos.

“En cambio, nuestro equipo, con los monitoreos de dos objetos, la estrella S2 y G2, tuvimos en cuenta la velocidad y posiciones de esas estrellas tomadas por los telescopios más potentes del planeta, y luego también utilizamos todos los datos externos de la galaxia, ya que nuestro modelo explica la rotación de las estrellas hacia fuera y también hacia el centro galáctico.

Es decir ese gas de fermiones explica perfectamente la dinámica de las estrellas en la parte externa de la galaxia y también, la dinámica de las estrellas en el área central”.

Estrellas que refuerzan el trabajo de investigación

El Dr. Carlos Argüelles menciona a dos estrellas que fueron muy útiles para sostener el paradigma de sus investigaciones: la estrella S2, que es la segunda más cercana al centro de nuestra galaxia, y la estrella denominada G2.

“Sobre la estrella S2 se tiene la mayor cantidad de datos, se la observó por unos 25 años ya y su período orbital alrededor del centro galáctico es de 16 años. O sea son buenos datos para estimar la masa del objeto central de nuestra galaxia. Por eso tomamos los datos de la órbita y los reprodujimos, tanto su posición y su velocidad radial -cuando se acerca y se aleja-. S2 es una estrella joven y muy brillante.

“El otro objeto paradigmático –agrega Argüelles- se llama G2, no se sabe bien si es una nube de gas o una estrella que se “rompió” debido a efectos de marea al orbitar alrededor del centro Galáctico. Es un objeto que se observa desde hace unos seis años a través de cinco telescopios. Prestigiosos autores publicaron un trabajo el año pasado en el que explican que dicho objeto se frena porque hay un disco de acreción cuya física no se conoce bien todavía pero que se debería a la presencia de un agujero negro. Nuestro trabajo permite explicar muy bien los movimientos de estos dos objetos utilizando la presencia de materia oscura y prescindiendo del agujero negro”.

La fortaleza de nuestro modelo es que se usó el mismo método estadístico para testear el modelo con los datos, ya sea de las posiciones y de las velocidades radiales de las estrellas. Hicimos el test de mejor ajuste y la conclusión es que el modelo nuestro ajusta mejor los datos de los dos objetos, que el paradigma del agujero negro.

Además es un modelo que explica la dinámica de la parte central de la galaxia y tiene el plus de explicar además la dinámica de estrellas al externo.

Telescopios que permiten “ver” muy cerca del origen del Universo

“Recientemente se publicaron un par de artículos relevantes gracias a que los telescopios son cada vez más potentes y empiezan a observar cada vez más atrás en la historia del universo. Hace muy poco se observó el primer agujero negro supermasivo más lejano en el tiempo, de más 1000 millones de masas solares. Eso genera un problema fuerte para las teorías de formación de agujeros negros súper masivos, porque si bien no se sabe bien cómo se forman, hay teorías que dicen que habrían nacido en el universo muy temprano y deberían acretar de una manera que contrasta con las interpretaciones actuales. Y lo dicen los mismos científicos que apoyan la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia”.

Las imágenes de S2 se obtuvieron a través de varios telescopios, el Very Large Telescope (VLT), operado por el Observatorio Europeo Austral, ubicado en Cerro Paranal (Chile); Los telescopios Keck I and Keck II, operados por el W. M. Keck Observatory (Hawaii); El telescopio del Observartorio Gemini Norte (Hawaii); el telescopio Subaru, operado por el Observatorio Nacional de Japón (Hawaii).

La publicación en Astronomy and Astrophysics

El Dr. Carlos Argüelles es el segundo autor del trabajo “Geodesic motion of S2 and G2 as a test of the fermionic dark matter nature of our Galactic core” y se dedicó a las soluciones de fondo sobre la materia oscura. El resto de los autores trabajó esencialmente con las  estadísticas de todos los datos.

“Lo interesante de ser publicados en esta prestigiosa revista es que varios de quienes publican allí integran las campañas de observación del centro de la galaxia y han aceptado publicarnos, lo cual indicaría que les importa nuestro planteo.

Esto, en lo personal ya es muy bueno. No quiere decir que resolvimos el asunto sino que el trabajo interesa: los datos están, el modelo está basado en física de primeros principios y funciona mejor que el otro. Eso es un hecho irrefutable”.

El artículo se publicará el 9 de septiembre próximo y sus autores son: E.A. Becerra-Vergara, C.R. Argüelles, A. Krut, J.A. Rueda,y  R. Ruffini.

En la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP

 “Con el grupo de Cosmología de la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP, ganamos un proyecto tetra anual de la UNLP que entre otras cosas, nos posibilita sumar más estudiantes”

Nuestro Grupo inició un trabajo en colaboración con Investigadores del departamento de Física Universidad de Buenos Aires y con el ICRANet Italia.

En nuestra Facultad dirijo dos alumnos para Tesis de Licenciatura, Valentina Crespi y Santiago Collazo, y co-dirigí dos tesis de Licenciatura de la UBA (2019) y una tesis doctoral en Roma (2018). Actualmente tengo un excelente alumno doctoral de Roma que dirigí en la UBA y colaboré para que pudiera acceder a la beca en Italia”.

Benito Juárez, La Plata, Roma, Pescara

Al finalizar la secundaria en su ciudad natal, Benito Juárez, la Universidad Nacional de La Plata fue el sitio elegido por el Dr. Argüelles para cursar Astronomía. El Doctorado en esa disciplina lo hizo mediante una beca en la Universidad de La Sapienza (Roma). “Ahí estuve tres años haciendo el doctorado que es lo que duraba la beca, y luego mi Director, el Dr.  Remo Ruffini, me contrató para trabajar en el Instituto de Astrofísica Relativista (ICRANet) que dirige y me quedé un año y medio más".

Carlos Argüelles define y defiende la universidad pública argentina como “un lugar de excelente formación y con posibilidades de acceso a cualquier persona, algo que no sucede en otros países”.

Algunos datos sobre la actividad científica del Dr. Carlos Argüelles

En el año 2010 obtuvo su Licenciatura en Astronomía con orientación en física teórica en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de la Plata (UNLP). En el año 2014 finalizó su Doctorado en Física y Astrofísica en la Universidad “La Sapienza” de Roma con una tesis doctoral dirigida por el profesor Remo Ruffini.

Actualmente es investigador del  CONICET y docente de la UNLP, y colaborador externo en el International Center for Relativistic Astrphysics Network  ICRANET (Italia).  Es autor de más de 20 artículos científicos en diversas revistas científicas internacionales, en amplia colaboración con investigadores de Italia, España, Colombia, Bielorrusia e Inglaterra.

En el 2019 fue premiado con una mención de honor por parte de la Gravity Research Foundation (Estados Unidos) por un artículo original sobre el rol de la materia oscura en galaxias y su relación con la física de partículas elementales.

Dicha institución lo distinguió con uno de los cinco premios que otorga cada año a los ensayos más destacados sobre el fenómeno de la gravitación. El galardón, vigente desde 1949, lista entre sus ganadores a científicos de la talla del físico Stephen Hawking –lo recibió en 1971 por una disertación sobre agujeros negros – y varios Premio Nobel en Física como George Smoot, Gerard’t Hooft, Frank Wilczek y François Englert.

El Dr. Carlos Argüelles, además de trabajar con sus colegas del ICRANet también colabora y publica trabajos científicos con otros investigadores de instituciones tales como el King´s College (Reino Unido); Instituto de Física Teórica (IFT de Madrid); UBA (Bs. As); y el Instituto de Física de La Plata.