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Apúntate a la Semana de la Ciencia del CSIC: hay más de 140 actividades para elegir… y muchas son online

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Te interesa saber cómo ventilar una habitación para reducir el riesgo de contagiarse de coronavirus? ¿Quieres descubrir cómo las matemáticas están cambiando a los robots? ¿Te animas a participar en un escape room ambientado en un agujero negro, de donde ni siquiera la luz puede salir? Propuestas como estas forman parte de la programación del CSIC para la Semana de la Ciencia y la Tecnología: más de 140 actividades gratuitas, algunas presenciales y otras virtuales, que se desarrollarán a lo largo de noviembre en 12 comunidades autónomas (Andalucía, Aragón, Asturias, Canarias, Cantabria, Castilla y León, Cataluña, Comunidad Valenciana, Galicia, Islas Baleares, Madrid y País Vasco).

SCT en el IEM-CSIC

Taller escolar en el Instituto de Estructura de la Materia durante la Semana de la Ciencia de 2019. / Sandra Diez (CSIC)

En la web www.semanadelaciencia.csic.es encontrarás todas las iniciativas del CSIC para este gran evento de divulgación y podrás informarte de cómo inscribirte en las que más te interesen; pero, atención:  todavía estamos ultimando los preparativos, así que en los próximos días iremos añadiendo nuevas propuestas. ¿Quieres conocer algunas de ellas? Te las contamos a continuación.

Lo que sabemos (hasta ahora) sobre la pandemia

Como es lógico, la pandemia provocada por el SARS-CoV-2 se dejará notar en el contenido de esta Semana de la Ciencia. El estado de desarrollo de las vacunas españolas, las pruebas PCR, o los mecanismos moleculares, celulares y epidemiológicos que contribuyen a la propagación del patógeno serán el eje de varias conferencias que, de forma presencial o virtual, impartirán especialistas del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa o el Centro Nacional de Biotecnología.

Otras propuestas abordarán la epidemia desde un enfoque multidisciplinar. Es el caso de dos actividades virtuales del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua: la charla Daños colaterales de la COVID-19: la pandemia del plástico, sobre el aumento en el consumo de este material que ha supuesto la crisis del coronavirus, y el taller Aprende a medir la ventilación de un espacio cerrado, que aportará pautas para reducir el riesgo de contagio. Por su parte el debate presencial Biodiversidad y zoonosis, que tendrá lugar en el Real Jardín Botánico, se centrará en cómo una naturaleza sana puede evitar que nuevos virus salten de los animales a los seres humanos.

Eventos online para todos los públicos

Además, el coronavirus ha traído consigo algunos cambios en el formato de las actividades y muchas se llevarán a cabo de manera virtual, para que cualquiera pueda participar desde casa. Entre ellas figuran un escape room del Instituto de Física de Cantabria, en el que el objetivo será evadirse de donde ninguna partícula logra hacerlo: un agujero negro, o la gymkhana sobre la luz que todos los años organiza el Instituto de Óptica, y que en esta edición se traslada a Youtube. Así mismo, el taller (R)Evoluciona la vida de los océanos del Instituto de Biología Evolutiva desafiará al público a diseñar una nueva especie marina adaptada al calentamiento de los océanos y al aumento de microplásticos en sus aguas.

SCT 2019 en el Instituto de Biologia Funcional y Genomica de Salamanca

Visita al Instituto de Biología Funcional y Genómica de Salamanca durante la pasada edición de la Semana de la Ciencia. / CSIC

Entre las propuestas virtuales no faltan tampoco las dirigidas a niños y niñas. La Delegación del CSIC en las Islas Baleares invita al alumnado de primaria a divertirse y aprender con el juego ¿Qué hacen los científicos y científicas?, unKahoot’ sobre plantas, animales, océanos y el mismo planeta Tierra. Mientras, el Centro de Investigación y Desarrollo Pascual Vila ofrece dos talleres especialmente dirigidos a niñas de 6 a 12 años en el marco de la actividad Las chicas son de ciencias (CSIC4Girls): uno sobre contaminación atmosférica y otro en el que las participantes tendrán que valerse de la química para fabricar camisetas. Otra actividad online para escolares será el concurso de dibujo de la Misión Biológica de Galicia ¿Pueden enfermar las plantas?, abierto a alumnado de primaria de toda España.

Para ESO y Bachillerato también hay planeadas actividades en la red, como una charla sobre el papel de los pingüinos en el funcionamiento ecológico de la Antártida, que podrá verse en el canal de Youtube del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía, o la jornada Acercando los Objetivos de Desarrollo Sostenible a las aulas, en la que científicos y científicas del Instituto de Productos Naturales y Agrobiología presentarán sus investigaciones. Lo harán desde la perspectiva de los retos planteados en la Agenda 2030 de la ONU y tratarán temas como las especies invasoras en Canarias, las vacunas, el cambio climático o la seguridad alimentaria.

Las propuestas virtuales no acaban aquí. El canal de Youtube del Instituto de Física Teórica, que cuenta con más de medio millón de suscripciones, emitirá dos directos: uno sobre lo ‘infinitamente’ pequeño, como la física cuántica o el bosón de Higgs, y otro sobre lo ‘infinitamente’ grande, como el origen y el futuro del universo, la energía oscura o las ondas gravitacionales. También habrá charlas para todos los públicos, como las organizadas por el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono sobre nanotecnología y energías renovables, o las tituladas Matemáticas y robótica, del Instituto de Ciencias Matemáticas, ¿Qué hay de cierto en que se puedan cultivar patatas en Marte?, del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, o Verdades y mentiras de la física cuántica, del Instituto de Física Fundamental. Además, será posible visitar virtualmente varios centros de investigación, como el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca. En este caso las ideas que la célebre bióloga Rachel Carson transmitió a través de su libro Primavera silenciosa servirán de hilo conductor para hablar de los proyectos que se llevan a cabo en el centro.

Eventos presenciales en tu comunidad autónoma

Visitas a laboratorios, rutas científicas, conferencias danzadas: la Semana de la Ciencia del CSIC sigue contando con un gran número de actividades presenciales. Todas ellas se llevarán a cabo de forma segura, para lo cual se han reducido los aforos habituales y se han establecido medidas de higiene y desinfección especiales. Además, será imprescindible la inscripción previa, lo que permitirá comunicar al público asistente cualquier cambio en la programación motivado por la situación sanitaria. Si esta Semana de la Ciencia te apetece salir de casa, aquí tienes algunos de los eventos que se desarrollarán en tu comunidad autónoma.

SCT 2019 en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición

Taller del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición en la anterior edición de la Semana de la Ciencia. / CSIC

En Andalucía, el Museo Casa de la Ciencia de Sevilla te invita a asistir a varias de sus actividades. Una de ellas es el taller Buscando vida en el universo, en el que personal del Centro de Astrobiología explicará, a través de vistosas demostraciones, cómo se extrae el ADN, cómo se han formado los cráteres lunares y por qué no hay agua líquida en Marte. Y si vives en Aragón, la Estación Experimental Aula Dei, el Instituto Pirenaico de Ecología y el Instituto de Carboquímica te animan a acudir a sus jornadas de puertas abiertas.

Los eventos virtuales predominan en Cataluña. Sin embargo, en esta comunidad no faltarán los cursos de formación para el profesorado, como el que ofrece el Instituto de Biología Evolutiva, ni los talleres presenciales para escolares. Es el caso de LabEnClass: La energía del futuro, en el que el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona presentará sus investigaciones relacionadas con la energía a través de varios experimentos.

En la Comunidad Valenciana la Casa de la Ciencia de Valencia organizará charlas y debates con personal investigador, y en Galicia la Delegación del CSIC presentará Ciencia que alimenta, una obra de teatro sin comunicación verbal que busca despertar el interés por la ciencia en el público de todas las edades. Además, las niñas y los niños de esta comunidad podrán diseñar su propio escudo familiar en un taller del Instituto de Estudios Gallegos Padre Sarmiento para acercarse de forma divertida y amena al mundo de la heráldica.

Ya en Madrid, será posible asistir a una conferencia bailada sobre danza contemporánea en el Instituto de Historia y a un gran número de talleres presenciales, en los que el público de todas las edades tendrá la oportunidad de descubrir si las moscas tienen olfato (Instituto Cajal), si se puede congelar agua a temperatura ambiente (Instituto Cajal) o cuánta vida hay en un ecosistema urbano (Real Jardín Botánico). Además, quien quiera estar al aire libre podrá sumarse a alguna de nuestras rutas científicas, como la que propone el Centro de Ciencias Humanas y Sociales por la historia de la Plaza Mayor, la Puerta del Sol o el Madrid de la Guerra Civil.

Por último, en el País Vasco podrás explorar las escalas macro, micro y nanoscópica por medio de lupas y de un microscopio fabricado con tus propias manos en el taller familiar Escala tu mundo, organizado por el Centro de Física de Materiales (San Sebastián).

Como ves, no faltan opciones, pero no te preocupes si ahora mismo no sabes cuál elegir. En la web de la Semana de la Ciencia del CSIC  puedes encontrar la actividad que más te interese buscando por diferentes criterios, como la comunidad autónoma en la que vives, el formato del evento o el tipo de público al que va dirigido (general o alumnado educación, infantil, primaria, secundaria o universidad). Eso sí, cuando lo tengas claro date prisa para inscribirte, porque otros años el aforo se ha cubierto rápido y en esta edición la pandemia ha hecho necesario reducirlo más. ¡Te esperamos!

Una inmensidad fría y estéril: ¿Será así el final del universo?

Por Mar Gulis (CSIC)

A finales del siglo pasado, la mayor parte de la comunidad científica pensaba que el cosmos iría frenando poco a poco su expansión debido a la acción de la gravedad. Algunos incluso creían que, luego, el universo comenzaría a contraerse de forma progresiva hasta terminar concentrado en un punto, que señalaría el final del espacio-tiempo. En ese caso el final del cosmos sería una gran implosión o Big Crunch, algo semejante a una película al revés del Big Bang.

remanante supernova

Remanente de una explosión de supernova termonuclear. / NASA.

Con el objetivo de medir la desaceleración del universo, en los años 90 dos equipos científicos independientes (el High-z Supernova Search Team y el Supernova Cosmology Project) se propusieron determinar la velocidad de alejamiento de galaxias situadas a diferentes distancias. Lo hicieron observando supernovas termonucleares, también conocidas como supernovas de tipo Ia.

Estas estrellas en explosión se forman a partir de enanas blancas, objetos muy densos en los que acaban convertidas la mayoría de las estrellas tras perder su combustible nuclear. Cuando una enana blanca absorbe materia de una estrella cercana –o se funde con otra enana blanca– y su masa supera en 1,44 veces la masa del Sol, se alcanza el denominado límite de Chandrasekhar. En ese momento “la enana se contrae con rapidez y esto da lugar a la ignición termonuclear explosiva de la mezcla de carbono y oxígeno de la que está formada”, explica Pilar Ruiz Lapuente, investigadora del CSIC e integrante del Supernova Cosmology Project.

Las supernovas termonucleares constituyen un excelente patrón para medir distancias, ya que es posible calibrar su luminosidad con una gran precisión. Es como si observásemos a lo lejos una bombilla cuya potencia en vatios conocemos previamente: midiendo el brillo con el que su luz llega a nuestros ojos podemos saber a qué distancia se encuentra. Otra ventaja de estas supernovas es que son muy brillantes. “Mientras que con las cefeidas [estrellas cuya luminosidad también puede calibrarse] solo podemos ir a distancias de algunos millones de años-luz, con las supernovas podemos alcanzar miles de millones de años-luz: la supernova que más lejos se ha observado, por el momento, está a 12 mil millones de años-luz”, señala Ruiz Lapuente en su libro La aceleración del universo (CSIC-Catarata).

En 1998 los dos equipos presentaron sus impactantes conclusiones: las supernovas más lejanas observadas se encontraban entre un 10 y un 15% más distantes de lo esperado. Estos resultados, confirmados y reforzados después por otras investigaciones, acreditan que el universo, en lugar de desacelerar su expansión, está expandiéndose a un ritmo cada vez mayor.

El misterio de la energía oscura

Si tiramos una moneda al aire, esperamos que más tarde o más temprano comience a caer por efecto de la gravedad. Si en lugar de eso, empezase a alejarse de nosotros a mayor velocidad, pensaríamos que hay un componente que está contrarrestando la acción de la gravedad. La causa de que el universo siga el mismo patrón que la moneda del ejemplo y se expanda aceleradamente es lo que se conoce como energía oscura.

Todavía no se ha podido precisar la naturaleza física de la energía oscura, pero la mayoría de los datos actuales apuntan a que es una energía intrínseca al espacio-tiempo: una energía del vacío cuya presencia relativa aumenta a medida que el espacio-tiempo se expande. Así, aunque en los inicios del universo la energía oscura habría constituido una pequeña parte de toda la masa-energía del universo, en la actualidad constituye un 73% de la misma. El también investigador del CSIC Alberto Casas aclara que “la razón es que la densidad de materia va disminuyendo a medida que el universo se expande, ya que la misma cantidad de materia se va diluyendo en un espacio cada vez mayor. Pero la energía oscura está asociada al propio espacio, por lo que su densidad no disminuye.”

En concreto, las observaciones muestran que el universo no siempre se ha expandido de forma acelerada: hace más de 5.000 millones de años –la edad del cosmos se estima en unos 13.700 millones de años­– las galaxias estaban reduciendo el ritmo al que se alejaban unas de otras; pero, llegado ese momento, empezaron a distanciarse a un ritmo cada vez mayor. Todo indica que el espacio-tiempo había alcanzado una dimensión en la que la energía oscura se hizo dominante con respecto al resto de componentes del universo, y que fue entonces cuando sus efectos antigravitatorios comenzaron a notarse.

Gráfica energía oscura

En el centro, esquema de la historia del universo que refleja cómo la proporción de energía oscura ha ido aumentando con el tiempo. Arriba a la izquierda, visión de cómo se produce una supernova de tipo Ia en un sistema binario: la enana blanca absorbe materia de la estrella cercana hasta alcanzar el límite de Chandrasekhar (1,44 veces la masa del Sol) y muere en una explosión de supernova. / Nobel Prize Foundation

 

De ser así la energía oscura habría venido a resucitar la constante cosmológica de Albert Einstein. Cuando el físico alemán formuló su ecuación original del campo gravitatorio estaba convencido de que el universo ni se contraía ni se expandía, sino que era estático. Sin embargo, se percató de que “según su ecuación el cosmos perdería ese equilibrio y pasaría a contraerse bajo la acción de la gravitación”, señala Ruiz Lapuente. Por eso, introdujo la constante cosmológica en la ecuación, un término que actuaba como una ‘antigravitación’ que mantenía al universo en equilibrio.

En 1931 el ‘padre’ de la teoría de la relatividad tuvo que aceptar la evidencia de que el universo estaba en expansión. Eso hacía innecesaria la constante cosmológica, idea a la que renunció públicamente afirmando que había sido uno de los errores más importantes de su vida. Ahora vemos que quizás Einstein no estaba tan desencaminado: si la energía oscura es realmente una energía del vacío como la descrita –esta hipótesis todavía necesita confirmarse–, vuelve a ser necesario introducir la constante cosmológica en su ecuación. Esta vez no como factor de equilibrio del universo, sino como responsable de su expansión acelerada.

Malos tiempos para la cosmología

Todo ello tiene importantes implicaciones a la hora de predecir el destino del universo. Según Ruiz Lapuente, “si, en efecto, se confirma que la constante cosmológica es la causa de esta aceleración, esto significa que el universo seguirá expandiéndose de forma acelerada. Su materia será cada vez más dispersa e incapaz de formar galaxias y sistemas estelares. Además, lo que exista irá perdiendo conexión causal paulatinamente y no se podrían transferir señales de un punto del universo a otro. El panorama que surge es el de un universo que va apagando sus luces al acabarse la vida de las estrellas y va enfriándose hacia un final de una inmensidad fría y estéril”.

Casas, autor del libro El lado oscuro del universo, ahonda en esta idea: “Las pocas dece­nas de galaxias que forman el Grupo Local, pequeño cúmulo al que pertenece la Vía Láctea, continuarán ligadas por atrac­ción gravitatoria. Es decir, nuestro Grupo Local permanecerá unido, pero el resto de miles de millones de galaxias actual­mente visibles se alejarán de nosotros cada vez a mayor velo­cidad (de forma exponencial). Cuando el universo tenga 100.000 millones de años, la luz que nos llegará del resto de galaxias será tan débil y estará tan desplazada hacia el rojo, que se volverán invisibles a todos los efectos.”

“Sin embar­go, todavía habrá estrellas durante cientos de miles de millo­nes de años. Es decir, que podemos imaginar observadores inteligentes en esa época futura. A ellos les parecerá que el universo consiste en unas pocas galaxias que flotan en un océano de espacio totalmente vacío, exactamente como les parecía el universo a los astrónomos alrededor del año 1900. Además, no verán la expansión del universo (ya que no verán galaxias distantes alejándose) y no podrán detectar la propia energía oscura, principal responsable de la situación. En consecuencia, no podrán aprender del universo lo que hemos aprendido noso­tros (a menos que les dejemos algún tipo de testimonio que pudiera llegar hasta ese futuro extraordinariamente lejano, algo difícil de concebir). No será una época muy buena para hacer cosmología, esta es más divertida”, añade el investigador del CSIC.

“Los otros cúmulos de galaxias que vemos en el cielo actual formarán también sus propios universos-isla, totalmente desgajados unos de otros. Más allá de aquella época, las estrellas terminarán de consu­mir su combustible (hidrógeno y otros elementos ligeros) y se apagarán. Literalmente, la desolación final será absoluta. ¿Hubiera preferido usted el apoteósico final del Big Crunch?”, concluye Casas.

Para saber más:

El universo y lo que el ojo humano no ve… o sea, casi todo

Por Enrique Pérez Montero (CSIC)*

¿Qué hace una persona ciega estudiando el universo? Además de investigador en el Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC, soy invidente. Tengo una enfermedad degenerativa de la retina llamada retinosis pigmentaria por la que he ido perdiendo visión, lo que hizo que me afiliara a la ONCE hace ya seis años. Quizá algunos piensen que esta limitación física me impide llevar a cabo mi profesión, pues podría parecer que el sentido de la vista es importante para percibir el universo, pero la realidad es que todos estamos casi igual de ciegos a lo que éste contiene. Eso es algo que hemos descubierto en el último siglo, en el que han aparecido telescopios cada vez mayores, cámaras fotográficas capaces de capturar imágenes imperceptibles a simple vista, detectores sensibles a la luz que el ojo humano no puede ver porque se encuentra en otras frecuencias distintas de la luz visible, como las ondas de radio o los rayos X. Todo ello ha hecho que hayamos descubierto cosas increíbles que hasta hace no tanto ni siquiera éramos capaces de imaginar.

Incluso el ser humano ha puesto en órbita sondas espaciales que pueden visitar otros planetas y satélites de nuestro sistema solar. También hemos lanzado al espacio observatorios que recopilan la luz que no puede atravesar la atmósfera terrestre.

Muchas de las cosas que sabemos del universo las conocemos porque hemos diseñado ojos artificiales que miran más allá de lo que nuestros ojos pueden llegar a ver. No obstante, el universo tiene muchas otras cosas que, ni siquiera con los últimos adelantos técnicos ni los más sensibles telescopios o detectores, podemos observar aún. Os voy a poner cinco ejemplos.

Asteroides. Nuestro sistema solar está plagado de innumerables cuerpos rocosos que son vestigio de la época en que una parte de la nube gaseosa que formó todo el sistema se condensó en pequeños fragmentos orbitando alrededor del Sol. Muchos de ellos se agruparon en objetos cada vez mayores que dieron lugar a los planetas y sus satélites, pero otros muchos siguen sueltos y, de vez en cuando, acaban colisionando contra los otros cuerpos mayores. Desde la Tierra los buscamos y los seguimos, pero la mayoría de los cuerpos más pequeños, de hasta 100 metros de diámetro, son aún una amenaza invisible para nosotros. El mayor riesgo lo constituyen aquellos que no reflejan la luz del sol hasta que no están muy cerca de nosotros para ser detectados, bien por su debilidad o bien por su posición. El uso de un telescopio infrarrojo situado en una órbita interior podría resolver en parte la escasez de recursos para hacer un censo más completo de estos cuerpos pero, mientras esto sucede, seguimos viajando alrededor del Sol entre un auténtico enjambre de estos bólidos.

Exoplanetas. Vivimos una etapa revolucionaria de la historia de la astronomía, ya que se ha roto una de las barreras observacionales más complicadas: la detección de planetas fuera de nuestro sistema solar. El telescopio espacial Kepler ya ha catalogado más de 2.000 y algunos de ellos tienen un tamaño similar al de nuestra Tierra, y podrían albergar vida. De todas maneras, no busquéis muchas imágenes de ellos porque nos las vais a encontrar. Los planetas extrasolares se detectan por la variación en el brillo de las estrellas o en el movimiento de éstas cuando los planetas pasan por delante de ellas. Habrá que esperar a las nuevas generaciones de telescopios gigantes que se construirán en la próxima década para poder verlos directamente.

Agujeros negros. Son uno de los misterios más grandes de la naturaleza. Según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, acumulan tanta masa en un volumen tan reducido que curvan el espacio y el tiempo de tal modo que ni siquiera la luz puede escapar de ellos porque el tiempo está congelado en su superficie. Se han podido detectar por la radiación que emite el gas antes de caer en ellos o por el movimiento peculiar de las estrellas que pasan cerca, pero no se sabe qué leyes físicas gobiernan lo que ocurre en su interior. Una manera prometedora de estudiarlos son las ondas gravitacionales, detectadas el año pasado en un observatorio especial llamado LIGO que mide las oscilaciones del espacio-tiempo que se propagan cuando una gran masa es acelerada. La sensibilidad de estos observatorios tiene que mejorar mucho aún, pero han abierto la puerta para poder mirar dentro de estos ‘monstruos’.

Recreación de las órbitas estelares alrededor de SgrA*, un candidato a agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia (Crédito: ESO).

Recreación de las órbitas estelares alrededor de SgrA*, un candidato a agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia./ ESO

Materia oscura. Su existencia solo es conocida porque es necesaria su presencia para explicar los movimientos de las estrellas en las galaxias y de las galaxias en los cúmulos de galaxias. También es imprescindible para entender cómo se curva la luz cuando viene propagándose desde las primeras etapas del universo y tiene que atravesar grandes distribuciones de masa. Al no interaccionar con la luz de ninguna otra manera no puede ser observada directamente, pero se calcula que es cuatro veces más abundante que todos los otros tipos de materia que conocemos y compone todo lo que podemos percibir. Todos los intentos realizados hasta ahora para descubrir de qué se trata han sido infructuosos y aún se desconoce por completo su naturaleza.

Mapa 3D de la Materia Oscura a través del análisis de datos del Hubble Space Telescope (Crédito: ESA; Richard Massey)

Mapa 3D de la materia oscura a través del análisis de datos del Hubble Space Telescope./ ESA; Richard Massey

Energía oscura. Para finalizar hablaré de la energía más misteriosa y, al mismo tiempo, la más abundante. Se estima que la energía oscura compone más del 70% del total de masa y energía del universo. Teniendo en cuenta que la mayoría del resto de masa es materia oscura, esto deja en apenas un 5% la cantidad relativa de la materia que conocemos. La energía oscura es de nuevo un requerimiento teórico para explicar por qué el universo está acelerando su movimiento de expansión después del Big Bang. Si no existiera, las galaxias irían frenando su movimiento de expansión y acabarían atrayéndose unas a otras hasta volver a unirse en una única singularidad. Sin embargo esto no ocurre así, lo que ha hecho postular a los teóricos la existencia de una fuerza repulsiva a gran distancia que haría que el universo siga expandiéndose sin fin.

La mayoría de todo lo que hay en el espacio, desde las más pequeñas escalas cerca de nuestro planeta hasta las más grandes, que dominan el movimiento de todo el espacio, está repleto de objetos desconocidos y aún por descubrir. Posiblemente acabemos conociendo lo que son con ayuda de nuestros ojos mejorados y nuestras mentes despiertas.

* Enrique Pérez Montero es investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía y fundador del proyecto Astronomía accesible.

 

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).