fenómenos astronómicos sorprendentes
MISTERIOS del
ESPACIO
El
Cosmos guarda secretos que esperan ser explicados. Pero entre más nos
internamos en su naturaleza, más complejo puede ser el escenario.
Por
Miguel Ángel Sabadell y Gerardo Cifuentes
Revista
MUY INTERESANTE, Septiembre 2013.
Hace seis años instrumentos
detectaron una ráfaga de emisión radioenergética de origen desconocido fuera
de nuestra galaxia, "pero nadie estaba seguro de lo que era, o si era
real, por lo que hemos pasado los últimos cuatro años en busca de más de estas
emisiones explosivas de corta duración". De este fenómeno daba cuenta la
introducción del ensayo científico publicado este año por astrónomos de la
Universidad de Manchester (UM) y la colaboración de un equipo internacional.
Con la ayuda del radiotelescopio Parkes en Australia, los investigadores
pudieron grabar más de esos extraños ruidos, que duraban apenas una décima de
segundo pero cuya potencia era notable. Al extrapolar los resultados, llegaron
a la fascinante conclusión de que este tipo de emisiones ocurría hasta 10.000
veces diariamente, y según sus observaciones podía tener su origen en eventos
astrofísicos extremos, aunque ello no estaba del todo claro. Pleno en
especulaciones, el doctor en astrofísica Dan Thornton, de la UM, concluía:
"Aún sigue siendo un misterio qué son, pero al menos no es un misterio que
existan". Este tipo de señal, podría encontrarse entre 5.000 o 10.000
millones de años luz de distancia y constituiría, en palabras de sus
descubridores, una 'nueva población cosmológica' de radioe-misiones. Se añade
así un fenómeno más que elude el entendimiento científico, parte de una larga
lista que espera ser resuelta.
El gran abismo
Hace 35 años fue lanzada la
nave espacial Voyager 1, ningún otro aparato creado por el hombre ha viajado
tanto desde entonces. Localizada a 18.500 millones de kilómetros del Sol, se
prepara para traspasar la frontera del Sistema Solar, conocida como
heliopau-sa. Esa zona es el punto de separación entre la heliósfera —la burbuja
de plasma y campo magnético del Sol— y la influencia del medio interestelar.
Sin embargo, durante esta transición que aún no ha sido completada se descubrió
que la nave atraviesa un lugar que ha sido llamado Región de Supresión, una
suerte de 'autopista magnética' hasta ahora desconocida que marca tan solo el
inicio de la anhelada frontera; se trata de un pequeño vistazo de lo que 'hay
allá afuera', lo más que hemos podido alcanzar con la tecnología en materia de
exploración espacial, eso si no tomamos en cuenta los rovers que analizan y
recorren, con ciertas dificultades, la superficie marciana.
El Universo es tan vasto que
difícilmente podríamos enterarnos de todo lo que sucede en él. Pensemos
primero que tiene 13.700 millones de años de antigüedad, creado en un momento
que ha sido denominado Big Bang, una gran expansión de materia y energía que se
incrementa cada segundo, y con ella también las distancias entre los objetos
qué lo componen. Al observar en el cielo algo tan lejano como una estrella, en
realidad miramos la luz que viene desde el momento mismo de su creación; la
galaxia más distante que hasta ahora los telescopios modernos han podido captar
se formó 480 millones de años después de la creación del Cosmos.
Algunos astrónomos
sostienen que la gran extinción de hace 450 millones de años pudo ser causada
por una gran emisión de rayos gamma.
Pensemos también que el
Universo observable tiene un radio aproximado de 46.500 millones de años luz,
un campo casi infinito de posibilidades. A simple vista, en una noche despejada
y sin luna, el cielo de los dos hemisferios terrestres podrá mostrarnos
alrededor de 9.000 estrellas. Pero si tuviéramos a la mano unos binoculares,
entonces seríamos capaces de contar alrededor de 200.000. Con la ayuda de un
telescopio pequeño, la cifra aumentaría a 15 millones de estrellas. Los
telescopios más grandes en cambio pueden contar miles de millones. Aunque nunca
existirán dos estrellas idénticas, presentarán patrones de crecimiento más o
menos definidos que permiten clasificarlas. Si bien cada una tiene
particularidades cuya explicación puede ser desafiante, en sus alrededores
orbitan planetas donde ocurren otros tantos fenómenos que no han podido ser
estudiados a fondo.
Pero el entendimiento de la
estructura del Universo a gran escala ha significado descubrimientos insólitos,
como el hecho de que en su conjunto, pudiera estar desplazándose en una sola
dirección. En 1986, con ayuda de diez telescopios repartidos en distintas
partes del mundo, se concluyó que quizá se esté moviendo a una velocidad de 22
millones de km/h con rumbo a las constelaciones de Hidra y Centauro. A esta
suerte de 'imán' se le conoce como 'Gran Atractor', cuyo centro se encuentra a
150 millones de años luz de la Tierra.
Enormes magnitudes
La mayor estructura conocida,
compuesta por miles de millones de estrellas, es la llamada 'Gran Muralla de
Sloan', descubierta en 2003 por Richard Gott III y Mario Jurií, de la Universidad
de Princeton. En total, mide unos 1.370 millones de años luz de diámetro, nada
menos que una sesentava parte del Cosmos observable, y está ubicada a mil
millones de años luz de nuestro planeta.
Para darnos una idea de las
magnitudes a escala intergaláctica, recordemos que la Vía Láctea está situada
en uno de los lados de un pequeño cúmulo estelar llamado Grupo Local, que
consta de 30 galaxias dispersas en una región de tres a cuatro millones de años
luz. Andrómeda, la única galaxia es- I piral que puede observarse a simple vista,
domina el otro extremo. Nuestro Grupo Local no pasa de ser una pequeña mancha en la estructura cosmológica.
Uno de los cúmulos más grandes
es el de Virgo, situado a 50 millones de años luz, que i reúne a varios
millares de galaxias; sin embargo, es tan solo una mancha dentro del espectro
formado por otros grupos de galaxias que se extienden a lo largo de 300
millones de años luz. Pero si se trata de marcas, sedescubrió un supercúmulo,
conocido como Acuario, integrado a su vez por 14 cúmulos galácticos que se extienden
a lo largo de 1.000 a 1.400 millones de años luz. En 2006 un equipo de
astrónomos descubrió 'filamentos' de galaxias gigantes que se formaron 2.000
millones de años después del Big Bang, ycada una de ellas contiene 30
superconcen- ! traciones de gas, cuya masa es 10 veces la de nuestra galaxia.
Se cree que esas nubes son las progenituras de las galaxias más masivas que
existen. En 2011, una investigación de la Universidad Monash, en Australia, confirmó,
a través de las observaciones de rayos X, que estos filamentos galácticos
contienen suficiente masa como para poner en entredicho la existencia de la
materia oscura, quizá el máximo misterio de todos.
Desde la oscuridad
Si el Universo es un enigma de
cuyo contenido solo conocemos el 5% aproximadamente, otra parte, maso menos
23%, consiste enuntipo de materia que nadie ha visto, aunque sabemos que existe
por sus efectos gravitatorios sobre la rotación de las galaxias y el movimiento
del gas que se observa en los cúmulos galácticos, pero no emite ni refleja luz.
Para descifrar la composición
de lo que se ha denominado 'materia oscura', los teóricos han inventado
diferentes hipótesis observando la luz de muy alta energía con el telescopio
espacial de rayos gamma Fermi, dirigido a las galaxias enanas. Estas son
relativamente pequeñas, y de luz muy débil, pero poseen mucha masa, lo que las
convierte en almacenes perfectos de materia oscura.
Entre los esfuerzos por
identificarla plenamente, las universidades de Princeton y Nueva York, en Estados
Unidos, han impulsado un proyecto de búsqueda de pruebas basado en el elusivo
concepto de los agujeros negros primordiales. Se piensa que la energía
liberada por el Big Bang pudo producir miniagujeros negros del tamaño de la
cabeza de un alfiler y la masa de una montaña. Algunos astrónomos creen que
están hechos de materia oscura y se podrían 'manifestar' si colisionaran con
una estrella, aunque más bien la atravesarían de lado a lado.
El abismo negro
En 1975 los físicos teóricos
Kip Thome y Ste-phen Hawking apostaron sobre un peculiar objeto celeste
descubierto en 1964, identificado como Cygnus X-l, una potente fuente de rayos
X, de las más brillantes del cielo. Parecía un sistema binario, con una
estrella supergigante orbitando alrededor de otra invisible y compacta de unas
nueve masas solares. Podía tratarse de un agujero negro.
Según contó Hawking en su libro
Breve historia del tiempo, él apostó que Cygnus X-l no era un agujero negro.
"He trabajado mucho en los agujeros negros y, si no existieran, mi tarea
habría sido en vano. Así tendría un premio de consuelo y cuatro años de
suscripción a la revista satírica Prívate Eye". A cambio, si este hoyo
cósmico existía, Thome ganaba un año pagado de la publicación para adultos
Penthouse.
"En 1975 había 80% de
posibilidades que lo fuera. En 1988 subió a 95%, pero la apuesta todavía no se
ha pagado." Años después Hawking confesaría en la versión actualizada del
citado libro que la situación no ha mejorado mucho desde 1975 para Cygnus X-l,
pero sí que se había acumulado "suficiente evidencia a favor de los
agujeros negros como para pagar la apuesta". Sin embargo, en 2010 el
propio Thome recono -cería: "Durante 40 años Cygnus X-l ha sido el ejemplo
paradigmático de agujero negro, pero a pesar de la concesión de Hawking, nunca
he estado totalmente convencido de que realmente tuviera uno hasta ahora".
Lo anterior fue mencionado
porque por primera vez se ha conseguido describir la historia de un agujero
negro desde su nacimiento, hace seis millones de años, a través de las
mediciones que se han ido acumulando. Y es que no hay mucho que medir porque,
de un agujero negro solo podemos saber su masa, velocidad de rotación y su
carga eléctrica. En el caso de Cygnus X-l, la carga es cero, por lo que el
trabajo de los astrónomos ha consistido en calcular su masa y rotación con la
mayor precisión posible. Para ello se necesitaba conocer con exactitud la distancia
a la que se encuentra. Hoy sabemos, por observaciones realizadas desde el
sistema de radiotelescopios Very Long Baseline Array (VLBA) de Nuevo México,
que Cygnus X-l está a 6.070 años luz.
A partir de esta medida los
astrónomos han calculado que la masa de este objeto cósmico es casi 15 veces la
del Sol y que gira a más de 800 vueltas por segundo. Esto implica que se trata
de uno de los agujeros negros estelares más masivos de la galaxia. Además,
diversas mediciones tomadas desde el VLBA en 2009 y 2010 han podido determinar
su movimiento por la Vía Láctea.
Según los científicos, Cygnus
X-l es demasiado lento para haber surgido de una explosión de supernova, como
suele ser habitual en este tipo de objetos. Semejante estallido lo habría
lanzado a una velocidad mucho mayor. La hipótesis que se baraja es que su
estrella madre, de más de 100 masas solares, pudo colapsar al ir perdiendo masa
por un intenso viento estelar.
El lado oscuro
Desde su identificación en 1975
como posible causa de la expansión acelerada del Universo, la energía oscura
continúa siendo la mayor incógnita de la cosmología actual. No sabemos qué es,
ni qué hace, ni por qué supuestamente constituye 74% del contenido del Cosmos.
En todo caso no hay que confundirla con la materia oscura, que como su nombre
lo indica, es un tipo de materia. La energía de la que hablamos seria más bien
una fuerza.
Para la ciencia hay dos
alternativas: que no exista y la gravedad funcione de forma diferente a como
imaginamos; o que se trate de una forma de energía desconocida hasta ahora que
estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar
la expansión del Universo. Esta es la opción que los astrofísicos creen
correcta.
La energía oscura parece estar
relacionada con la llamada 'energía del vacío', que desde el punto de vista de
la mecánica cuántica no es realmente vacío, sino que está formada por
partículas que surgen y desaparecen en un tiempo increíblemente pequeño. El
problema es que la teoría predice que la energía del vacío es 101!0 veces
superior al valor experimental obtenido para ella.
La NASA y el Departamento de Energía
de Estados Unidos comandan el proyecto Joint Dark Energy Mission, del que
surgió el telescopio de rayos infrarrojos WFIRST, que la Academia Nacional de
Qencias considera la misión astronómica más importante para la actual década.
Mientras, algunos científicos
se dedican a observar las explosiones de supernovas que se producen en galaxias
lejanas para comprobar cómo ha afectado la energía oscura a la expansión del
Universo. Otros buscan su huella en la radiación de fondo de microondas dejada
por el Big Bang.'
Especulaciones oscuras
En 1934 el escritor
estadounidense Donald Wandrei publicó en la revista de ciencia ficción Astounding
Stories el cuento "Coloso", cuyo protagonista, al viajar en su nave
más rápido que la luz, se dilata tanto que llega a hacerse más grande que el
Cosmos y a salirse de sus límites. Entonces comprueba que el Universo no es
más que un átomo dentro de otro universo mayor.
Los físicos teóricos han
especulado con este concepto bajo otro punto de vista: el de que vivimos dentro
de un agujero negro, que a su vez pertenece a un universo mucho mayor. Si eso
fuera cierto, estaríamos ante el umbral de un universo de realidades
alternativas.
Las últimas hipótesis afirman
la existencia de túneles entre Cosmos, una idea planteada por Stephen Hawking y
ampliada por Lee Smolin en su teoría del Universo fecundo, también llamada 'selección
natural cosmológica'. Este señala el colapso de una estrella en forma de
agujero negro provoca el nacimiento de un universo al otro lado. Así, habría
tantos de estos como agujeros negros.
Recientemente el físico
estadounidense de la Universidad de Indiana Nikodem Poplaws -tó probó que
teóricamente la materia absorbida por un agujero negro no se destruye; al
contrario, se convierte en lo que se componen estrellas y planetas en una
realidad diferente a la que jamás tendremos acceso. Lo impide el llamado
'horizonte de sucesos', la frontera que separa el interior del agujero del
Universo: nada de lo que lo cruza vuelve a salir.
Puesto que la mayoría de los
agujeros negros rotan, si el Universo nació dentro de uno, debería haber
heredado su rotación. En mayo de 2011 un grupo de físicos estadounidenses
publicó en la revista Physics Letters B que, luego de estudiar
el sentido de rotación de
15.158 galaxias espirales, el Universo 'nació' con eje de giro preferente. Así
explican que roten en sentido antihorario las galaxias situadas en la parte del
cielo correspondiente al norte de la Vía Láctea.
Puro ruido
Rastrear las emisiones de
radiación que se producen en el Universo es nuestra manera de interpretarlo. En
el caso citado al comienzo de este artículo, las emisiones de rayos gamma
podrían deberse a la presencia de un magnetar (ver recuadro 'Imanes gigantes'),
pero por el momento es solo teoría.
Los estallidos más violentos y
misteriosos posteriores al Big Bang son las explosiones de rayos gamma o GRB
(ver recuadro 'Pequeñas grandes explosiones'). Una vez al día, el firmamento
nos regala una de estas explosiones, capaces de brillar como 200.000 vías
lácteas juntas, en alguna galaxia lejana.
Astrónomos creen que son
causadas por un fenómeno llamado hipernova, cuya intensidad es 100 veces la de
una supernova — estallido de una estrella tras agotar su combustible nuclear—.
Supuestamente se produce cuando los astros más masivos colapsan para formar un
agujero negro que rota a gran velocidad, en un proceso que dura de 10 a 20
segundos.
Son muy raras: de entre 10.000
y un millón de supernovas, una es hipernova. Ahora bien, estas enigmáticas
deflagraciones pueden llevarnos a resolver uno de los misterios de la física:
lo que ocurre con la gravedad a escala subatómica. La teoría de la relatividad
general de Einstein explica el fenómeno gravitatorio para grandes distancias y
objetos, pero falla a nivel cuántico, y los físicos aún no han podido trazar
una teoría coherente que lo resuelva.
Se piensa que
la energía liberada por el Big Bang pudo producir miniagujeros negros del
tamaño de la cabeza de un alfiler y la masa de una montaña.
A escala subatómica, las
fuerzas de la naturaleza se describen como un conjunto de partículas
—electrones, protones y neutrones— que la materia se intercambia, como dos
patinadores —los planetas— que se lanzan una pelota —la fuerza de la
gravedad—. Y es que la fuerza gravitacional no es más que el producto del
intercambio de unas partículas aún no detectadas: los gravitones. La
intensidad de la fuerza gravitatoria depende de la masa y energía de las
partículas, cuanto más energético sea un fotón, más interaccionará con los
gravitones que pululan por el espacio y más despacio se desplazará.
Para que este efecto se pueda
medir deben recorrer una distancia astronómica, y aquí entran en juego los GRB.
Al ser tan potentes, producen fotones de mucha energía en los confines del
Universo. Si se detectara este efecto, el premio sería doble: por un lado,
habríamos demostrado la existencia de los gravitones; y por otro, podríamos
clarificar nuestras ideas sobre la gravedad cuántica.
Los GRB tambiénpodrían ser
responsables de alguna de las extinciones masivas que ha habido en el pasado de
nuestro planeta. La idea es atrevida, pero posible: si sucediera un GRB a
60.000 años luz de la Tierra, los rayos gamma que llegaran hasta aquí matarían
a 90% de las bacterias Deinococcus radi'odurans, la especie más resistente a la
radiación que se conoce; soportan niveles 2.000 veces mayores que los humanos.
Tan solo el principio
En la última década con la
ayuda de los telescopios espaciales ha sido relativamente más sencillo
observar galaxias y compararlas; las más cercanas por lo general son largas y
elípticas, con poca o nula actividad en la formación de estrellas, y las que
contienen son ya muy viejas, con un destello de color rojo que indica la fase
final de su vida. Una galaxia conocida como 2MASX J09442693+0429569 es
ejemplar; captada por el telescopio espacial Hubble, se encuentra en una etapa
transitiva que todo cuerpo de esta naturaleza llegará a alcanzar, de la galaxia
joven, creadora de estrellas, a una etapa en la que 'sentará cabeza', para
eventualmente convertirse en una galaxia masiva —y en colores rojos.
Esta presenta una extensión
típica de la galaxia que ha pasado por un choque con otra; sin embargo, al
estudiar las propiedades de la luz que emana de ella, no se aprecia formación
de estrellas, lo que significa que la fusión consumió todo el gas disponible.
Se ha llegado al punto de no retorno. Hasta el pasado reciente esta galaxia era
una gran productora de estrellas, pero en los últimos mil millones de años se
detuvo y ha quedado como una suerte de imagen congelada en el tiempo.
Dentro de 4.000 millones de años
esto pasará con la Vía Láctea, al unirse con Andrómeda. Mientras eso suceda,
tenemos una amplia lista de fenómenos que aguardan ser explicados, y en cada
nuevo descubrimiento nos podemos dar cuenta de que este conocimiento es apenas
el primer paso de un recorrido muy largo.
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