BLOGS
Ciencia para llevar Ciencia para llevar

CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Entradas etiquetadas como ‘cultura científcia’

El fondo cósmico de microondas, la fotografía más antigua del universo

Galaxia Andrómeda. / Robert Gendler.

Por Pablo Fernández de Salas (CSIC)*

Cuando miramos al cielo nocturno, la mayoría de lo que vemos es un manto negro con algunas estrellas dispersas. Por eso, siempre nos han dicho que el universo está prácticamente vacío.

Sin embargo, en el interior de una galaxia como la nuestra esto no es realmente cierto, ya que en el espacio que media entre las estrellas hay mucho polvo y nubes de gas molecular. Otra cosa distinta es lo que ocurre en el enorme espacio que por lo general separa las galaxias. Sin ir más lejos, Andrómeda, la galaxia más cercana a la Vía Láctea, se encuentra a nada menos que dos millones y medio de años luz. Si alguien nos enviara un mensaje desde allí, ¡tendríamos que esperar un mínimo de dos millones y medio de años para recibirlo! La cantidad de polvo y gas que hay en estas grandes distancias es ridículamente pequeña, y es por ello que decimos que el espacio intergaláctico se encuentra vacío. No obstante, estrictamente hablando, dicho espacio queda muy lejos de no contener nada.

Lo que llena el espacio intergaláctico está presente a lo largo y ancho de todo el universo. Se trata, principalmente, de fotones, las partículas que componen la luz. Comparten el espacio con otras partículas, como por ejemplo los neutrinos, pero los fotones son las más abundantes del universo. Concretamente, hay más de medio millón de fotones en el volumen que ocupa una botella de litro y medio en el ‘vacío’ cósmico. ¿Cómo es posible que, siendo fotones, no los veamos a simple vista?

Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson bajo la antena que descubrió el fondo cósmico de microondas, en Holmdel, Nueva Jersey. / NASA.

La explicación la encontramos en su origen. Los fotones que pueblan el universo se conocen, en su conjunto, como el fondo cósmico de microondas, y son, además de los más abundantes del cosmos, también los más viejos. Proceden de una época en la que el universo tenía menos de medio millón de años. Trescientos ochenta mil años, siendo más precisos, frente a los casi catorce mil millones de años que tiene en la actualidad. ¡Apenas un día en la vida de un ser humano!

Estos fotones, creados cuando el universo era tan joven, sufrieron un proceso que se conoce con el nombre de desacoplamiento. Antes de que esto ocurriera, el cosmos era una especie de ‘sopa traslúcida’, conocida como plasma, en la que los fotones no duraban mucho, ya que se aniquilaban y creaban de nuevo sin descanso debido a sus frecuentes interacciones con electrones y núcleos de elementos ligeros. Sin embargo, cuando la temperatura descendió por debajo de los 3.000 grados, los electrones se hicieron suficientemente lentos como para que los núcleos los capturaran para formar átomos. Eso, a su vez, permitió que los fotones dejaran de chocar constantemente con esas partículas y pudieran emprender un viaje en solitario y en todas las direcciones hasta nuestros días.

satélite Planck

Representación artística del satélite Planck. /
ESA-AOES Medialab.

A lo largo de todos estos años que nos separan, estos fotones se han ido enfriando por culpa de la expansión del universo hasta alcanzar hoy una temperatura de 270 grados bajo cero. Paradójicamente, esto hace que calienten el universo, ya que si no estuvieran en todas partes la temperatura del cosmos se encontraría en el cero absoluto, a menos 273 grados.

Además de enfriarlos, la expansión del universo ha expandido la longitud de onda de estos fotones, por lo que ya no nos llegan en forma de luz –nuestros ojos no pueden verlos–, sino en forma de microondas –que no pueden ser ‘vistas’ pero sí detectadas–. La primera detección de este fondo cósmico de microondas fue realizada de forma más o menos fortuita por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson en 1964 con una descomunal antena. Ambos fueron galardonados con el Premio Nobel de Física.

Desde entonces la comunidad investigadora ha observado estos antiquísimos fotones con satélites como COBE, WMAP o Planck, y con experimentos situados en la superficie de la Tierra. Actualmente, la observación más precisa de las anisotropías del fondo cósmico se la debemos al satélite Planck, que tras cuatro años de operación nos ha permitido tomar la fotografía más antigua del universo.

Antisotropías

Anisotropías del fondo cósmico de microondas medidas por el satélite Planck. La fotografía más antigua del universo. / ESA-Planck Collaboration.

La imagen refleja las minúsculas variaciones –del orden de las cienmilésimas de grado– que existen entre estos fotones según la dirección de la que procedan. Estas pequeñas desviaciones, conocidas como anisotropías, constituyen una fuente de información maravillosa sobre nuestro universo, en especial en sus primeros años de vida. Por ejemplo, permiten estudiar las diferencias en la densidad del plasma cósmico cuando el universo tenía trescientos ochenta mil años, o características de los neutrinos y de la materia oscura ligadas con las propiedades estadísticas de dichas anisotropías, tareas que llevamos a cabo en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia) con datos preliminares obtenidos por el satélite Planck.

 

* Pablo Fernández de Salas es investigador en el Instituto de Física Corpuscular (centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia).

Benjamín Franklin, el padre de la independencia de EEUU y de las gafas bifocales

sergio brionesSergio Barbero Briones (CSIC)*

Corría el año 1785 cuando Benjamín Franklin, ya octogenario, escribía en una carta:

“Utilizaba dos pares de gafas, las cuales solía intercambiar, dado que en mis viajes solía leer, pero a veces quería mirar el horizonte. Estar cambiando de gafas era un poco pesado, con lo que hice que se cor­tasen mis lentes en dos partes […]. De esta manera, llevando mis gafas de manera continua solamente tenía que mover mis ojos hacia arriba y hacia abajo dependiendo de si quería ver de lejos o de cerca”.

El líder de la revolución americana y uno de los padres de la independencia de Estados Unidos acababa de inventar las gafas bifocales. Además de su papel en la historia política de su país, Franklin hizo importantes contribuciones a la ciencia y fue el responsable de originales invenciones tecnológicas, entre las cuales destaca el pararrayos, y también este tipo de lentes.

En los últimos años de su vida el político e inventor sufría de presbicia, a la cual había que añadir  un cierto grado de hipermetropía en sus ojos. La cantidad de dioptrías para compensar ambas ametropías era diferente, de ahí que necesitara dos tipos de ga­fas: unas para ver de cerca (presbicia) y otras para ver de lejos (hipermetropía). Así que pensó en dividir la lente en dos par­tes, una superior para compensar su hipermetropía y otra inferior para la presbicia.

Reproducción de las gafas bifocales de Franklin

Reproducción de las gafas bifocales de Franklin

En el modelo de Franklin las dos partes de la lente se sujeta­ban simplemente por medio de la presión de la montura. Posteriormente esta idea se mejoró. Las dos porciones, con distinta potencia, se tallaban sobre un mismo bloque de len­te o, alternativamente, se utilizaban dos bloques diferentes pegados con un tipo de resina especial con buenas cualidades de transparencia.

El diseño original bifocal de Franklin evolucionó hacia otro tipo de diseños en los que la zona de la lente dedica­da a la visión cercana está acotada en un segmento situado en la parte inferior y nasal. Dependiendo de la forma que tenga este segmento acotado, la lente bifocal será de un estilo, como el llamado de tope recto o en forma de D, o de otro con un segmento redondo en el que la línea de delimitación es un círculo. Los seg­mentos en forma de D suelen utilizarse para tareas de visión cercana. Por otro lado, cuando el principal uso de la gafas es la visión lejana son más convenientes los diseños de segmento redondeado, ya que tienen la ventaja de poseer una frontera de separación entre la zona de visión le­jana y cercana menos marcada. A pesar de que estos dos di­seños son los más usados, el modelo Franklin, es decir, una lente dividida en dos partes por una línea recta, se sigue utili­zando hoy en día, llamándose de ‘estilo ejecutivo’.

Distintos tipos de lentes bifocales y trifocales

Distintos tipos de lentes bifocales y trifocales

En todo caso, la vida en pleno siglo XXI se parece poco a la del político inventor. Por ejemplo, mirar la pantalla de un ordenador y escribir en el teclado, además de reconocer quién entra por la puerta, requiere ver bien de lejos, de cerca, y a distancias intermedias. Los saltos discontinuos entre las distintas zonas que ocasionan las lentes bifocales y trifocales se resuelven utilizando una superficie suave y continua en la que la curvatura de la lente vaya cambiando de manera gradual para distintas zonas de mirada. Precisamente esa naturaleza gradual de la potencia hizo que este tipo de lentes se bautizasen como lentes progresivas, una idea que estaba en la mente de muchas personas ya a comienzos del siglo XX, pero cuya tecnología no se desarrolló hasta la década de los 60.

En la actualidad las lentes oftálmicas que utilizamos en nuestras gafas siguen siendo objeto de complejos estudios en el ámbito de la óptica; su constante adaptación a los nuevos avances científico-técnicos hace que cambien continuamente y lo seguirán haciendo en los próximos tiempos.

*Sergio Barbero Briones es investigador del CSIC en el Instituto de Óptica y autor de Cómo funcionan nuestras gafas, de la colección ‘¿Qué sabemos de?’.