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Una pareja que hizo historia en ciencia y en divulgación

Por Pedro Meseguer (CSIC)*

La inmigración no es un fenómeno nuevo. Durante todo el siglo XIX se mantuvo una corriente de Europa a América, donde los recién llegados compartían su origen de diáspora. Entre los muchos que cambiaron de país estaba la familia Eckhard, que llegó a Wisconsin desde Alsacia. Uno de los hijos, el pequeño Bernard de seis años, en el barco a América quizá se fijó en el duro trabajo de los marineros, o tal vez escuchó alguna historia cruda de derrotas y superaciones. Lo cierto es que en su nueva patria se abrió camino con energía: estudió, se graduó en la Universidad de Milwaukee y se estableció en Chicago donde, dedicado a la industria molinera, se convirtió en un empresario de éxito a la vez que en un líder ciudadano. Al final de su vida donó cientos de miles de dólares a la universidad de esa ciudad, que erigió el Eckhard Hall para albergar el Departamento de Matemáticas y una nutrida biblioteca.

Un día del otoño de 1954, una estudiante subía las escaleras de ese edificio y tropezó con un chico que bajaba. Era alto y guapo, con una mata de pelo castaño oscuro. Ella acababa de ser admitida como alumna adelantada a la temprana edad de dieciséis años. Lo que no sabía —y seguro que fue motivo de charla entre los dos— es que él también había entrado a una edad en que la mayoría de los adolescentes habitan la high school; a sus diecinueve años ya se había graduado y se encaminaba al máster con paso firme. Ese encuentro, sin duda feliz para ellos —se enamoraron rápidamente—, fue beneficioso para el resto de sus contemporáneos porque marcó el comienzo de una relación entre dos personas que llegaron a ser científicas eminentes y realizaron grandes contribuciones en la divulgación de la ciencia.

Lynn Margulis.

Ella se llamaba Lynn Petra Alexander, posteriormente conocida como Lynn Margulis, y tras pasar por las universidades de Chicago, Wisconsin-Madison y Berkeley, se convirtió en una brillante y controvertida investigadora en biología. Además de sus cualidades intelectuales, Lynn no tenía miedo: “He crecido en el sur de Chicago”, decía con orgullo, exhibiendo una credencial de vida que garantizaba su arrojo. La combinación de su talento con esa determinación le permitió construir una teoría que se enfrentaba a las opiniones científicas dominantes, y mantenerla durante años contra viento y marea. Su hipótesis de que ciertas partes de la célula eucariota habían sido antes bacterias independientes y que se habían unido mediante una simbiosis que beneficiaba a ambas fue ignorada durante años —y el artículo que la postulaba fue rechazado quince veces antes de su publicación—. Pero aplastantes pruebas genéticas la respaldaron y la teoría se aceptó. Durante toda su vida, ella mantuvo posiciones críticas con el neo-Darwinismo, en un debate sin fin. Hoy, sus ideas son ampliamente reconocidas.

Lynn Margulis y Carl Sagan el día de su boda.

Pero retrocedamos a Chicago. Allí, hace 65 años, una semana después de su graduación en liberal arts, Lynn se casó con ese novio de la universidad, un estudiante de doctorado en astrofísica llamado Carl Sagan. Ambos llegarían al más alto nivel académico en Estados Unidos, university professors —él en Cornell, ella en Amersh. Además, Lynn fue elegida para la Academia de Ciencias, un exclusivo reconocimiento que él no logró—. Ese 6 de junio de 1957 se unieron dos promesas académicas (entonces aún no se habían doctorado), que se divorciaron ocho años más tarde, con dos hijos en común. Hoy, cuando ya han desaparecido tras dejar dos espléndidas trayectorias científicas llenas de aportaciones —las de ella fueron revolucionarias—, tiene sentido preguntarse sobre su influencia mutua. Porque Lynn realizó muchas actividades divulgativas —un dominio donde Carl sobresalió, hasta el punto de tener un programa sobre astrofísica llamado COSMOS en la televisión estadounidense en 1980—. Con Dorian, su primer hijo, Lynn escribió varios libros sobre biología con títulos atrayentes o incluso provocativos, destinados a un público general. Curiosamente, el tema de investigación preferido de Carl era la vida extraterrestre, la exobiología, lo que llama la atención al ver la profunda investigación de Lynn sobre el origen de la vida en la Tierra. ¿Hizo suya Lynn la motivación de Carl, su objetivo de difundir la ciencia mediante el lenguaje de la calle? ¿Se dejó Carl influir por la inclinación de Lynn por el estudio de la vida?

No tenemos respuestas concluyentes, aunque ella confesó que el amor de Carl por la ciencia “era contagioso”. Sea como fuere, lo que sí podemos apreciar es el enorme impacto social de su actividad. Los libros de divulgación de Lynn, muchos traducidos, se vendieron por miles. Se estima que no menos de 400 millones de personas han visto la serie COSMOS en 60 países. Ellos perseguían el loable objetivo de poblar, con elementos científicos comprensibles, las mentes de sus conciudadanos. Su intención era que las ideas que profundizan en el conocimiento del mundo dejasen de pertenecer a unos pocos para ser libremente compartidas por la mayoría e incluidas en el patrimonio de todo el mundo. ¿Acaso no es esa una manera de repartir, sin discriminación, una nueva riqueza?

*Pedro Meseguer es investigador en el Instituto de Investigación en Inteligencia Artificial del CSIC y autor del libro Inteligencia Artificial (CSIC-Catarata). Con este artículo queremos celebrar los ocho años que cumple el blog Ciencia para llevar, donde se publican entradas del personal investigador y técnico del CSIC y bajo la firma colectiva Mar Gulis, en homenaje a la científica Lynn Margulis.

La marquesa y el filósofo que imaginaron la vida extraterrestre en el siglo XVII

Por Montserrat Villar (CSIC)*

Otoño de un año indeterminado a finales del siglo XVII. Un filósofo dado a elucubrar sobre la naturaleza de las cosas visita a su querida amiga, la Marquesa de G., en su casa de campo cerca de París. No imaginen fiestas espléndidas ni bailes fastuosos; tampoco partidas de cartas o jornadas de caza. La marquesa, de espíritu vivaz, está deseosa de comprender qué son la Luna, los planetas y las estrellas. El filósofo la complace gustoso, compartiendo con ella sus vastos conocimientos. Dialogan refugiados en la quietud de cinco noches, una detrás de la otra, pues extravagancias como las suyas solo pueden confiarlas a los astros.

Pintura de la serie 'Señales de otros mundos' (2021), de Antonio Calleja

Pintura de la serie ‘Señales de otros mundos’ (2021), de Antonio Calleja

Esas conversaciones conforman el contenido del ensayo Conversaciones sobre la pluralidad de los mundos del francés Bernard Le Bovier de Fontenelle (1657-1757). Publicado en 1686, se convirtió en una obra de divulgación científica en la que el autor trató de explicar las teorías sobre el cosmos con un lenguaje popular e ideas sencillas inspiradas en la lógica: el heliocentrismo, los movimientos y las fases de la Luna, los eclipses… e incluso la teoría de los vórtices de Descartes. En 1796 se imprimió en España una versión en castellano, en la que se basa este artículo. El traductor, desconocido, añadió correcciones y notas teniendo en cuenta los adelantos que el estudio del universo había experimentado en el siglo trascurrido desde que la obra original viera la luz.

Uno de los temas centrales del libro es la multiplicidad de mundos habitados, como indica su título. El autor argumenta en la línea de dos principios: el de mediocridad, que sostiene que el cosmos es básicamente similar a la Tierra en todas sus partes o, dicho de otra manera, que la Tierra no es especial; y el de plenitud, que sugiere que el universo debería ser lo más rico posible. Dado que la mayor riqueza que la naturaleza puede dar es la vida, el firmamento ha de estar rebosante de ella.

Bernard Le Bovier de Fontanelle y la versión en español de su libro 'Conversaciones sobre la pluralidad de los mundos' (1796)

Bernard Le Bovier de Fontenelle y la versión en español de su libro ‘Conversaciones sobre la pluralidad de los mundos’ (1796), más de un siglo después del original (1686)

Ahora regresemos al jardín donde nuestros dos protagonistas conversan en la intimidad que obsequia la noche para las confidencias. ¿Existe vida en la Luna, el Sol y los planetas? Se preguntan. Aunque la marquesa reconoce “no haber oído hablar jamás de habitantes de la Luna, salvo como una quimera y una locura”, poco a poco los razonamientos del filósofo la convencerán de lo contrario. Su compañero afirma que “los sabios que han observado la Luna con sus anteojos” han hecho una descripción tan detallada que, si alguno “se hallase en ella, andaría sin perderse como nosotros en París”.  Dada la “entera semejanza de la Luna y la Tierra”, no hay por qué descartar la posibilidad de que haya seres en ella.

“¿Pues, qué clase de gentes serían?”, pregunta ella. Han de ser muy diferentes a nosotros, señala. Sobre la base de la gran variedad de rostros, figuras, costumbres, incluso de “principios de razonamiento” que hay en la Tierra, más grande ha de ser la diferencia con los habitantes de la Luna.

Mas, dudando el filósofo de sus asertos previos, se pregunta si podrían hallarse seres en nuestro satélite si la inmutabilidad de sus manchas oscuras nos descubre un mundo sin aire y sin agua. La marquesa, habiendo mudado su opinión para creer con entusiasmo que la Luna está habitada, protesta por esta nueva adversidad. Él, que tampoco quiere dejar desierto aquel globo plateado, explica que quizá un aire tenue lo circunda y allí se formen nubes imperceptibles que no caen en forma de lluvia, sino de rocíos sutilísimos. Siendo el aire tan tenue, no habrá arcoíris ni crepúsculos; ni truenos ni relámpagos. Será tan ardiente el calor en la cara iluminada que vivirán quizá en ciudades subterráneas. “¿Pues no aquí mismo en nuestro mundo, fue la Roma subterránea tan grande como la Roma que hubo sobre la Tierra?”, ilustra. La marquesa queda así satisfecha de que el filósofo haya devuelto sus habitantes a la Luna.

Amplias y ricas fueron las imaginaciones de ambos acerca de nuestro satélite, cuando decidieron que era hora de viajar más lejos. ¿Por qué no poblar todos los planetas? “¿Podemos creer que habiendo la naturaleza hecho la Tierra tan fecunda, sea tan estéril para con los otros planetas?”

Bernard Le Bovier de Fontenelle meditando sobre la proliferación de mundos, 1791./ Jean Baptiste Morret

Fontenelle meditando sobre la proliferación de mundos, 1791./ Jean Baptiste Morret

Tanta luz ilumina a los habitantes de Mercurio, el planeta más cercano al Sol, que nuestros más bellos días les parecerían débiles crepúsculos. “Tan intenso será el calor, que en lo más interior de África se helarían sin remedio alguno”. El clima de Venus, piensa la marquesa, “debe ser muy favorable al romance” y sus habitantes “dados a la galantería, siendo Venus la madre de los amores”. En Marte, Júpiter y Saturno, que están tan lejos del Sol, la luz será tan pálida y blanquecina, con un calor tan débil “que si sus habitantes pudieran trasplantarse a Groenlandia o Laponia, los veríamos sudar a mares y ahogarse de calor”. ¡Cómo se alegra la marquesa de que la Tierra sea un planeta tan templado! Él la tranquiliza: “No hay duda de que la naturaleza no pone nunca vivientes, si no es donde pueden vivir”. Aquellas gentes se habrán adaptado a esos climas terribles y “la ignorancia de otra cosa mejor quizá hace que vivan con placer”.

La marquesa, que ya se siente filósofa, está impaciente por averiguar qué ocurre en las estrellas fijas. Él le explica que son otros tantos soles, centros de otros mundos que tienen que alumbrar. Ella razona que “teniendo nuestro Sol planetas a los que enviar su luz, ¿quién ha de oponerse a que los tenga también cada estrella fija?”

La marquesa de G. y el filósofo deben despedirse. “¡Ya tengo en mi cabeza todo el Sistema del Universo! ¡Soy ya una sabia!”. “Sí, señora, ya podéis pasar por tal: teniendo la ventaja de no creer en nada de lo que he dicho en el mismo instante que se os antoje. Y lo único que os pido en recompensa de mi trabajo es que no veáis nunca el Sol, el cielo y las estrellas sin acordaros de mí”.

Montserrat Villar es investigadora del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).

 

El origen del universo: las tres grandes evidencias del Big Bang

AutorPor Alberto Fernández Soto (CSIC)*

Todo cambia: nosotros, otros seres vivos, la geografía de nuestro planeta, etc. El universo también evoluciona, aunque habitualmente lo hace en escalas de tiempo mucho mayores. Existen procesos, como la explosión de una supernova, que podemos observar en tiempo real. Pero además el cosmos cambia como un todo, y hace aproximadamente 13.800 millones de años conoció la mayor transformación que podemos imaginar: surgió de repente, de modo que la materia, la energía, e incluso el espacio y el tiempo aparecieron espontáneamente a partir de la nada en lo que hoy llamamos la ‘Gran Explosión.

Esta es una idea difícil de digerir, y como tal requiere evidencias muy sólidas que la apoyen. Tres son las grandes pruebas en que se basa:

  1. El universo se expande. Edwin Hubble observó hacia 1925 que las galaxias se alejan unas de otras a velocidades proporcionales a la distancia entre ellas. Georges Lemâitre había probado anteriormente que un universo en expansión representaba una solución válida de las ecuaciones de Einstein, aunque éste se había mostrado reticente («sus ecuaciones son correctas, pero su física es abominable«, cuentan que le dijo). Si el cosmos se encuentra en expansión es fácil imaginar que en el pasado ocupaba un volumen mucho menor y, en el límite, un volumen nulo. Tal instante, en el que la temperatura y la densidad serían extremadamente altas, es lo que llamamos ‘Gran Explosión’ o ‘Big Bang’.
  1. La composición del universo es tres cuartos de hidrógeno y un cuarto de helio, los dos elementos más ligeros. Todo el resto de la tabla periódica, incluyendo los elementos que componen la mayor parte de nuestros cuerpos y nuestro planeta (silicio, aluminio, níquel, hierro, carbono, oxígeno, fósforo, nitrógeno, azufre…), representa aproximadamente el 2% de la masa total. Cuando hacia 1950 algunos físicos (entre ellos Fred Hoyle, William Fowler y el matrimonio formado por Geoff y Margaret Burbidge) entendieron por primera vez las ecuaciones que regían las reacciones nucleares en las estrellas, probaron que todos esos átomos ‘pesados’ habían nacido en los núcleos estelares. George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman aplicaron las mismas ecuaciones a la ‘sopa’ de partículas elementales que debería haber existido en los primeros instantes del universo, teniendo en cuenta su rápido proceso de enfriamiento. Dedujeron que, aproximadamente tres minutos después del instante inicial, la temperatura habría bajado lo suficiente como para frenar cualquier reacción nuclear, dejando un universo con las cantidades observadas de hidrógeno y helio.

    Arno Penzias y Robert Wilson en la antena de Holmdel (Bell Labs, Nueva Jersey) con la que descubrieron la radiación de fondo de microondas. / NASA.

    Arno Penzias y Robert Wilson en la antena de Holmdel (Bell Labs, Nueva Jersey) con la que descubrieron la radiación de fondo de microondas. / NASA.

  1. Si el universo nació en ese estado indescriptiblemente caliente y se ha ido enfriando, ¿cuál será su temperatura actual? Eso se preguntaban Robert Dicke, Jim Peebles, Peter Roll y David Wilkinson en Princeton a mediados de los sesenta. Antes de completar su antena para intentar medir esa temperatura, supieron por un colega que dos astrónomos de los cercanos laboratorios Bell, que utilizaban una gran antena de comunicaciones para medir la emisión de la Vía Láctea, detectaban un ruido de fondo que no conseguían eliminar. Arno Penzias y Robert Wilson habían descubierto, sin saberlo, la radiación de microondas causada por la temperatura de fondo2,7 grados Kelvin (aproximadamente menos 270 grados)– que constituye el eco actual de la Gran Explosión.

Otros resultados recientes, como la medida de la tasa de expansión del universo a partir de observaciones de supernovas (1998) o la detección de escalas ‘fósiles’ características en el agrupamiento de galaxias (2005), han permitido estimar con precisión los parámetros del modelo. Así, la edad del universo es 13.800 millones de años (con una precisión menor del 1%).

La evolución de la estructura del universo según una simulación por ordenador, en escalas de tiempo que cubren desde hace 12.800 millones de años (línea superior) al presente (línea inferior), y escalas de tamaño que van desde 325 (columna izquierda) a 50 millones de años-luz (columna derecha). / Millennium-II Simulation: M. Boylan-Kolchin et al. (Max Planck Institute for Astrophysics), Volker Springel (Heidelberg Institute for Theoretical Studies).

La evolución de la estructura del universo según una simulación por ordenador, en escalas de tiempo que cubren desde hace 12.800 millones de años (línea superior) al presente (línea inferior), y escalas de tamaño que van desde 325 (columna izquierda) a 50 millones de años-luz (columna derecha). / Millennium-II Simulation: M. Boylan-Kolchin et al. (Max Planck Institute for Astrophysics), Volker Springel (Heidelberg Institute for Theoretical Studies).

Eso sí, menos de un 5% del contenido del cosmos es la materia que estamos acostumbrados a ver. Existe otro tipo de materia del que hay una cantidad cuatro veces mayor que de materia normal –sólo notamos su efecto gravitatorio, y la llamamos ‘materia oscura–. Además una nueva componente, que llamamos ‘energía oscura a falta de un nombre mejor, representa casi un 75% del contenido del cosmos. ¿Su propiedad principal? Que genera una presión que se opone a la gravedad haciendo que el universo se encuentre en un proceso de expansión desbocada.

Hace 10.000 millones de años se formó nuestra galaxia, y nuestro sistema solar apareció solamente unos 5.000 millones de años atrás. En uno de sus planetas aparecieron hace casi 4.000 millones de años los primeros seres vivos: entes capaces de almacenar información genética, reproducirse y evolucionar. Tuvieron que pasar casi todos esos años para que, prácticamente ayer, apareciera una especie de primate capaz de observar el mundo a su alrededor, hacerse preguntas, y almacenar información de un nuevo modo: el instinto, el habla, la escritura, la cultura, la ciencia…

La cosmología observacional ha conseguido hoy responder a muchas preguntas que hace poco más de un siglo eran absolutamente inatacables para la física. No obstante un gran número de nuevos problemas se han abierto: ¿Qué es la materia oscura? ¿Cuál es la naturaleza de la energía oscura y cómo provoca la expansión? ¿Qué produjo la asimetría inicial entre materia y antimateria? ¿Tuvo el universo temprano una fase inflacionaria de crecimiento acelerado? Multitud de programas observacionales y esfuerzos teóricos y computacionales se dedican a intentar resolver estas cuestiones. Esperamos que al menos algunas de ellas tengan respuesta en los próximos años.

 

* Alberto Fernández Soto investiga en el Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC) y en la Unidad Asociada Observatori Astronòmic (UV-IFCA). Junto con Carlos Briones y José María Bermúdez de Castro, es autor de Orígenes: El universo, la vida, los humanos (Crítica).

¿Queda algo por contar sobre los agujeros negros?

M. Villar

Por Montserrat Villar (CSIC)*

Se ha hablado y escrito tanto sobre los agujeros negros que, quizás, se podría pensar que es difícil contar algo nuevo e interesante. Sin embargo, hay motivos para afirmar sin dudarlo que aún queda mucho por decir sobre ellos.

Imagen generada por ordenador. Ilustra la distorsión visual que observaríamos en las proximidades de un agujero negro debida a los efectos de la gravedad. / Alain Riazuelo

Imagen generada por ordenador. Ilustra la distorsión visual que observaríamos en las proximidades de un agujero negro debida a los efectos de la gravedad. / Alain Riazuelo

Los agujeros negros siguen siendo objetos misteriosos. Según las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein (enunciada hace unos cien años), toda la masa de un agujero negro está contenida en una zona infinitamente pequeña, no ocupa espacio en absoluto. Se trata de algo tan extraño que desde su predicción, y aún hoy, sigue desafiando a las mentes más brillantes. El propio Einstein afirmó que, aunque la teoría predijera su existencia, no podría haber objetos tan exóticos en el mundo real. Hoy todo parece indicar que existen. Es más, son algo común en el universo.

Contamos con dos teorías exitosas cuando se aplican por separado. Una de ellas es la teoría de Einstein que acabo de mencionar. Da cuenta de manera sublime de la forma en que la gravedad ejerce influencia sobre el movimiento de los planetas, estrellas y galaxias. Describe el mundo de las distancias enormes y las masas gigantescas. Pero no explica, por otro lado, el mundo en las escalas más pequeñas, el de los átomos y las partículas que los forman, aquel en que las masas son diminutas y la gravedad despreciable. Para ello contamos con una teoría diferente y también maravillosa: la mecánica cuántica, que describe cómo funciona la naturaleza en el nivel más fundamental. A su vez, no puede explicar la gravedad, que funciona en escalas de espacio y masas mucho mayores. Ambas teorías, por tanto, aportan visiones parciales de la realidad.

Los intentos de combinar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general de Eintein se engloban en la llamada teoría de la gravedad cuántica. / CERN

Los intentos de combinar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad
general de Einstein se engloban en la llamada teoría de la gravedad cuántica. / CERN

En general, la mecánica cuántica y la relatividad general no entran en conflicto porque actúan en ámbitos en apariencia independientes. Sin embargo, existe un escenario en el que ambas deberían ser aplicables: allí donde el tamaño es muy pequeño y la masa gigantesca: los agujeros negros. Pues bien, aquí ambas teorías son incompatibles.

Hay miles de millones de agujeros negros en el universo y, por tanto, miles de millones de lugares donde dos teorías magníficas por separado, dejan de funcionar. Los esfuerzos que durante décadas se han dedicado a formular una teoría (la llamada gravedad cuántica) que unifique la relatividad general y la mecánica cuántica no han logrado el objetivo hasta el momento. Las dificultades son enormes, desde incertidumbres conceptuales en cuanto al tratamiento del espacio y del tiempo, hasta los obstáculos inherentes al diseño de experimentos y observaciones (particularmente en el área de la astronomía, en concreto la cosmología) y, por consiguiente, la escasez de datos que permitan poner a prueba los posibles avances teóricos. ¿Cómo pueden coexistir ambas teorías? No hay muchas preguntas que representen un reto tan grande para el pensamiento científico y filosófico.

Los agujeros negros seguirán dando que hablar durante mucho tiempo, porque son un símbolo de lo que no entendemos y porque son enigmáticos y complicados. El desafío de comprenderlos es formidable y, como consecuencia, mayor es su atractivo.

 

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (INTA/CSIC) en el grupo de Astrofísica extragaláctica.

Athena, un invento para ver el universo con rayos x

Por Agustín Camón (CSIC)*

Cuando observamos el cielo en una noche estrellada no solemos reparar en todo lo que no vemos. Olvidamos que hay muchas cosas que se le escapan a nuestra retina. Pensar que en esos instantes estamos viendo ‘todo’ es tan absurdo como pensar que por haber oído una emisora de radio ya hemos escuchado todas. La luz, la radio, los rayos X o las microondas, todo es lo mismo, radiación electromagnética. La diferencia, al igual que entre las distintas emisoras, es la frecuencia.

Nuestros ojos son sensores capaces de detectar frecuencias un millón de veces más altas que las de la radio, pero solo en un determinado rango. Si la frecuencia se hace demasiado grande ya no podemos ver la luz; es lo que llamamos el ultravioleta. Lo mismo ocurre si la frecuencia es demasiado baja; en ese caso hablamos del infrarrojo. Así pues, nuestros ojos son como un aparato de radio que puede ‘ver’ las emisoras que van desde el infrarrojo al ultravioleta. Cada una de esas frecuencias intermedias es interpretada por nuestro cerebro como un color, creando por ejemplo el maravilloso espectáculo del cielo nocturno. Pero nos estamos perdiendo todas las frecuencias que no vemos. ¿Cómo sería una noche estrellada si pudiéramos ver el infrarrojo o los rayos X?

    De arriba a abajo, la Vía Láctea a las distintas frecuencias: radio (las cuatro primeras franjas), infrarrojo, infrarrojo medio, infrarrojo cercano, rango visible (u óptico), ustravioleta, rayos X y rayos gamma / NASA

De arriba a abajo, la Vía Láctea a las distintas frecuencias: radio (las cuatro primeras franjas), infrarrojo, infrarrojo medio, infrarrojo cercano, rango visible (u óptico), ustravioleta, rayos X y rayos gamma / NASA

 

Es lo que la NASA ha querido mostrar con esta imagen, donde vemos La Vía Láctea a las distintas frecuencias. Fijaos, por ejemplo, en que lo que en el visible son nubes negras, en el infrarrojo emiten gran cantidad de luz. Son nubes de gas y polvo que no dejan pasar la luz visible pero que, al estar calientes, emiten en el infrarrojo.

Junto con otros laboratorios europeos y españoles, en el Instituto de Ciencias de Materiales de Aragón un grupo de investigadores estamos desarrollando nuevos sensores de rayos X que se utilizarán en ATHENA, un telescopio que la Agencia Espacial Europea lanzará al espacio en 2028. Este telescopio nos permitirá mirar al universo con otros ojos o, siguiendo el símil de la radio, escuchar otra emisora, la que nos hablará de los procesos más violentos y energéticos que tienen lugar en el cosmos: el Big Bang, los agujeros negros, la formación de las estrellas y las galaxias…

Y así no nos perderemos nada.

 

* Agustín Camón es investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón.

¿Qué tiene que ver la nieve de tu televisor con el origen del universo?

televisor nievePor Mar Gulis

Hay que echarle algo de imaginación, pero si nos lo proponemos podemos convertir cualquier momento en el que no haya nada interesante en la televisión en una observación de los orígenes del universo. Y todo sin moverse del sofá.

Lo primero es olvidarse de los canales digitales y ponerse a sintonizar alguna frecuencia analógica, igual que en los viejos tiempos. Como después del ‘apagón analógico’ en España ninguna cadena realiza este tipo de emisiones, encontraremos algo que seguramente nos resulte familiar: la famosa nieve o ruido blanco. La mayor parte de ese ruido proviene del mismo receptor o de otras emisiones de origen humano, como las de radio. No obstante, se estima que el 1% de ese ruido está provocado por la llamada radiación cósmica, que se originó hace unos 13.700 millones de años, cuando el universo ‘acababa’ de nacer.

La radiación cósmica había sido predicha por el astrofísico de origen ruso George Gamow en 1948, pero fueron los jóvenes radioastrónomos A. Penzias y R. Wilson quienes, en 1965, recogieron la primera evidencia de este fenómeno… aunque lo hicieron de forma totalmente casual.

Penzias y Wilson habían dedicado enormes esfuerzos a ‘limpiar’ el ruido parásito y las interferencias de una antena que pretendían utilizar para captar ondas de radio emitidas por nuestra galaxia. Sin embargo, había una extraña señal de microondas en forma de silbido que no lograban hacer desaparecer por  más que limpiaran y desmontaran la antena una y otra vez.

Lo asombroso de esa señal es que parecía venir de todas partes y llegaba a todas horas. Penzias y Wilson no comprendieron la importancia de este descubrimiento hasta que contactaron con el equipo de Robert Dicke, que casualmente estaba buscando aquello de lo que ellos querían librarse solo a 50 kilómetros de su antena, en la Universidad de Princeton. El divulgador Bill Bryson cuenta que poco después la revista Astrophysical Journal publicó un artículo de Penzias y Wilson en el que describían su experiencia con el silbido y otro de Dicke que explicaba que su origen era la radiación cósmica… pero el Nobel de física de 1978 fue solo para los primeros.

Una pena por Dicke, ¿pero qué es eso de la radiación cósmica? El físico del CSIC Alberto Casas explica que su origen se remonta a cuando el universo tenía ‘solo’ 380.000 años. Hasta entonces el cosmos era una especie de ‘sopa traslúcida’, conocida como plasma, compuesta principalmente por fotones, electrones y núcleos de elementos ligeros, como el hidrógeno y el helio.

Sin embargo, en aquel momento la temperatura descendió por debajo de los 3.000 grados y los electrones (con carga negativa) se hicieron suficientemente lentos como para que los núcleos (con carga positiva) los capturaran para formar átomos neutros. Eso, a su vez, hizo que los fotones dejaran de chocar constantemente con partículas positivas y negativas y pudiesen viajar libremente y en todas las direcciones sin interrupciones… La luz, tal y como la conocemos, acababa de ‘nacer’.

Final del plasma

Lo que pasa es que esos fotones han ‘envejecido’ junto con el universo y por eso ya no nos llegan en forma de luz, sino en forma de microondas: a medida que el cosmos se ha ido expandiendo, la longitud de onda de los fotones de la radiación cósmica también lo ha hecho.

Ondas

Como resultado estos fotones, además de invisibles, se han hecho menos energéticos y más fríos: ahora, en lugar de 3.000 grados centígrados, su temperatura es de 270 bajo cero. Esto puede parecer poco pero curiosamente significa que son la calefacción del universo: si no estuvieran en todas partes, la temperatura del cosmos se encontraría en el cero absoluto, a menos 273 grados.

Sin embargo, la temperatura de la radiacón cósmica no es totalmente homogénea. Existen pequeñísimas diferencias del orden de la cienmilésimas de grado en la radiación que alcanza la Tierra desde distintas direcciones. Los fotones de esta radiación que llegan a nuestro planeta ‘justo’ ahora partieron cuando el plasma dio lugar a un universo de átomos neutros, por lo que el mapa de nuestro cielo que representa las diferencias de temperatura de la radiación cósmica constituye la ‘fotografía’ más antigua que tenemos del universo. Esas inhomogeneidades de temperatura corresponden a las diferentes densidades que tenía el plasma en aquel momento y son una enorme fuente de información para conocer cómo era el cosmos en sus primeros años de vida.

Temperatura de la radiación de fondo

Mapa del cielo representando la temperatura de la radiación de fondo. / NASA-WMAP Science Team.

Así que la próxima vez que aparezca nieve en tu televisor no pienses que no hay nada que ver. Ese ruido puede tener más contenido que la programación habitual…

 

Si quieres más ciencia para llevar sobre la radiación cósmica y la historia del universo consulta el libro El lado oscuro del universo (CSIC-Catarata), de Alberto Casas.

Agujeros negros o estrellas salvajes, ¿de dónde vienen las misteriosas ondas de Arecibo?

Por Mar Gulis

El 2 de noviembre de 2012 el radiotelescopio de Arecibo (Puerto Rico), el más grande del planeta, detectó por primera vez unas intensas ráfagas de ondas de radio que duraron una fracción de segundo y no volvieron a repetirse. La noticia, que fue difundida el pasado jueves, ha dejado muchas preguntas en el aire.

¿Qué son estas ráfagas? ¿Cuál es su origen? ¿Por qué una parte de la comunidad científica trata de explicar este fenómeno? Hemos preguntado a investigadores del CSIC para que nos den algunas pistas.

Estas ráfagas rápidas de radio (Fast Radio Burst, por sus siglas en inglés) fueron detectadas por primera vez en 2007 por el observatorio de Parkes, en Australia. Después solo se registraron en otras seis ocasiones en ese mismo lugar, generando un intenso debate sobre cuál sería su procedencia. ¿Tenían un origen cósmico o se trataba de un fenómeno terrestre, relacionado con el entorno de Parkes o incluso debido a fallos del telescopio? “El hecho de que solo se detectasen en ese punto del planeta parecía apuntar a la segunda opción, es decir, que el propio observatorio las crease de forma artificial por error o que fuesen emitidas por alguna antena o radar próximos”, explica Emilio García, del Instituto de Astrofísica de Andalucía.

El Observatorio de Arecibo, en Puerto Rico, fue construido en 1960.

El Observatorio de Arecibo, en Puerto Rico, fue construido en 1960. / Wikipedia

Pero lo sucedido en 2012 en Arecibo cuestiona la teoría del origen terrestre y hace cobrar fuerza a la idea de que estamos ante un evento astronómico real, y no generado artificialmente por el observatorio o por emisiones de la Tierra.

De ser así, tendría todo el sentido preguntarse qué son esas ráfagas y de dónde proceden. El observatorio de Arecibo recoge habitualmente este tipo de ondas para su posterior análisis. Sin embargo, a diferencia de las explosiones de radio emitidas por algunos púlsares -estrellas de neutrones con una masa tres veces superior a la del Sol-, la ráfaga captada en 2012 no volvió a ocurrir. Se encendió brevemente y luego desapareció. “Los púlsares se comportan como un faro y son repetitivos, así que esta opción quedaría descartada”, señala Antxón Alberdi, astrofísico del mismo instituto.

Por ahora, solo pueden plantearse hipótesis porque, como señala este investigador, “el problema es que no se conoce la posición precisa de donde vienen las señales y además no se descubrieron inmediatamente sino tiempo después”. Alberdi cita al científico Scott Ramson, del National Radio Astronomy Observatory (NRAO), que afirma que el reto es “detectarlas en tiempo real. Así podría identificarse la galaxia que albergaría el punto del que ha salido la señal”.

Ahora bien, con los datos existentes Alberdi explica que “por la corta duración y su gran intensidad”, el origen de las ráfagas “tiene que ser un objeto muy compacto y en rotación”. Las opciones son varias. “Podrían proceder de dos estrellas de neutrones que hubiesen colisionado dando lugar a las ráfagas. O bien de un agujero negro que se hubiese comido una estrella o una nube de gas expulsando una especie de fogonazo”. Y una última opción: “Estrellas de neutrones muy magnetizadas que producen erupciones brutales y que no necesariamente se repiten”.

El también astrofísico José A. Caballero, del Centro de Astrobiología, piensa que “no hay nada ‘del otro mundo’: solo que una estrella de neutrones muy magnetizada o un agujero negro de otra galaxia ha eructado (le habrá sentado mal tragarse tanto gas de golpe). O que dos estrellas de neutrones estaban bailando salvajemente y han formado una melé. Como no hay muchas estrellas de neutrones y agujeros negros ‘heavys’ como estos (la mayoría de ellos son muy educados y se portan como en un concierto de música clásica), no les hemos oído alborotar muchas veces”.

Para explicar el fenómeno, tanto Alberdi como García recurren a otro análogo que sí es habitual en astrofísica: las explosiones de rayos gamma. “Son también episodios esporádicos y rápidos, pero mucho más energéticos, que han sido detectados por satélites que orbitan alrededor de la Tierra desde los años 70”, señala García. “Esto podría ser algo similar pero en radio, que es una frecuencia mucho menos energética”.

Los rayos gamma se asocian a la explosión de una estrella muy masiva, que llega al fin de sus días y, al colapsar, “vomita una radiación muy colimada, como un rayo, en una energía muy alta”, explica García. Ese material, al interaccionar con el medio interestelar a grandísima velocidad, produce el estallido de rayos gamma, pero este se ve durante más tiempo y no solo unas fracciones de segundo. “Por eso lo registrado por Arecibo no se trata de rayos gamma”, añade Alberdi.

¿Y cómo de largo ha sido el viaje realizado por esas ondas? El científico Duncan Lorimer, que investigó la primera ráfaga detectada en Australia, está convencido de que su origen es extra galáctico, de más allá de la Vía Láctea. “Estaríamos hablando de distancias cosmológicas, que superan los millones de años luz, de cuando el universo era muy joven”, añade García. Si se confirman todas estas hipótesis se trataría efectivamente de un fenómeno astronómico nuevo y habría que estudiar a qué principios físicos está asociado.

 

A vueltas con la vida extraterrestre

Noticias como la de Arecibo dan pie a especulaciones sobre la posibilidad de que las señales hubiesen sido emitidas por algún tipo de vida procedente de otros planetas. Hasta el momento, el Instituto para la Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI) no ha captado ningún mensaje atribuible a moradores de otras galaxias. Solo la conocida como señal Wow!, una captación de radio de 70 segundos realizada por el radiotelescopio Big Ear (perteneciente a SETI) en 1977, generó dudas en este sentido y aún se estudia su origen.

Las ondas detectadas en Arecibo suscitan este tipo de conjeturas porque “si existiese otra civilización en el cosmos y se quisiera poner en contacto con nosotros, probablemente utilizaría frecuencias de radio, ya que son capaces de recorrer más distancia que otras sin llegar a extinguirse”, afirman los dos científicos del CSIC.

“Quien quiera pensar que lo sucedido en Arecibo indica la existencia de vida en otros planetas, que lo piense, pero lo más seguro es que se trate de un evento natural, puntual, que ocurre en un momento determinado y no vuelve a suceder nunca más o bien sucede otra vez dentro de millones de años”, remata García.