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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.

 

Un viaje espacial de 20 años para descubrir si hay vida en Próxima b

Por Miguel Abril (CSIC)*

Hace solo unos meses se anunció oficialmente uno de los hitos más importantes de la astronomía de los últimos años: el descubrimiento de Próxima b, un exoplaneta parecido al nuestro con condiciones que podrían hacerlo habitable. Aunque no es, ni mucho menos, el primero descubierto con estas características, lo que hace tan especial a Próxima b es que orbita en torno a la estrella más cercana a nosotros, Próxima Centauri, a solo 4,2 años luz. La noticia hizo que el proyecto Breakthrough Starshot –una iniciativa que pretende mandar la primera sonda en viaje interestelar– cobrara un interés especial al fijar sus ojos en el exoplaneta recién descubierto como potencial objetivo.

Portada de Nature sobre el descubrimiento de Próxima b.

Pero vayamos por partes: ¿tan cerca está este nuevo exoplaneta? ¿Cuánto son cuatro años luz? Podemos visualizarlo de forma muy gráfica realizando un sencillo experimento mental: supongamos que reducimos el Sol al tamaño de un garbanzo y lo colocamos en el punto central de un campo de fútbol. En ese caso, la Tierra sería del tamaño de un grano de arena y orbitaría a un metro de distancia. Y Próxima Centauri, ¿dónde quedaría? Pues ni en el banderín de córner, ni en la portería, ni siquiera en las gradas, como podríamos pensar. Incluso en este modelo reducido Próxima Centauri queda muy lejos: no solo fuera del estadio, sino incluso de la ciudad, de la provincia y muy probablemente de la comunidad autónoma. Concretamente, a unos 270 kilómetros de distancia del garbanzo. Conclusión: no, Próxima b no está próxima (lo siento, me lo han puesto a huevo).

Entonces… ¿Qué pasa, que nadie les ha explicado esto a los responsables de Starshot? ¿Cómo pretenden mandar una sonda hasta allí si está tan lejos? Y, aunque lo consiguieran, ¿cuánto tardaría en llegar? Empecemos diciendo que la misión no enviaría una única sonda, sino un enjambre de ingenios de pequeño tamaño, bajo consumo y coste reducido, para así aumentar las posibilidades de éxito. Estas minisondas tendrían el tamaño de un chip electrónico (similar a un sello postal), aunque para impulsarlas se usarían velas de unos 2 x 2 metros, que se propulsarían usando un láser de gran potencia situado en la superficie terrestre. Según los expertos, mediante esta técnica se conseguirían velocidades del orden de… ¡un 20% de la velocidad de la luz! Así el viaje hasta Próxima b duraría algo más de veinte años y apenas cuatro después se podrían tener datos e imágenes del planetita.

Representación de cómo serían las minisondas enviadas por Breakthrough Starshot hasta Próxima b. / Wikimedia Commons.

¿Y qué pasa si lo conseguimos? ¿Encontraríamos vida en Próxima b? Pues esto es objeto de intenso debate. Hay quien dice que las enanas M como Próxima Centauri son demasiado activas para permitir que se desarrolle la vida, y que además los planetas en su zona de habitabilidad están tan cerca que presentan lo que se conoce como anclaje por marea. Es decir, que ofrecerían siempre la misma cara a la estrella (como sucede con nuestra Luna), por lo que un hemisferio tendría temperaturas abrasadoras y el otro sería un desierto congelado. Sin embargo, los defensores de la posibilidad de vida argumentan que bajo ciertas condiciones el anclaje puede no ser total, como es el caso de Mercurio, que gira sobre sí mismo tres veces por cada dos vueltas al Sol. Y que incluso con anclaje total, tal vez en la zona de transición entre el día y la noche podría haber una estrecha franja con temperaturas templadas que permitirían al menos el desarrollo de formas de vida simple… (¿En serio? ¿Vida simple en una franja estrecha? ¡Venga, Dios, que has creado cosas tan chulas como el tiranosaurio o el tigre de dientes de sable! ¡Puedes hacerlo mejor!).

Un reciente estudio de la Universidad de Cornell sugiere la biofluorescencia como posible mecanismo de defensa ante las súbitas liberaciones de radiación de alta energía que se producen en las enanas M. La biofluorescencia es un fenómeno mediante el cual determinados corales y otros organismos de nuestro planeta absorben las radiaciones ultravioleta y las transforman en longitudes de onda dentro del espectro visible. Vale, no es un tigre de dientes de sable, pero brilla por la noche. Como en Avatar. Mola.

 

*Miguel Abril es ingeniero electrónico en el Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC, en Granada, y miembro del grupo de divulgación científica Big Van.

A la ‘caza’ de exoplanetas por la sierra almeriense de Los Filabres

cara2Por J.M. Valderrama (CSIC)*

Más allá de los estereotipos que identifican Almería con las playas y el calor, nos encontramos ante una de las provincias geográficamente más heterogéneas de España. En efecto, el conjunto de relieves que la jalonan da lugar a una orografía que históricamente ha complicado las comunicaciones pero que, a la vez, contribuye a enriquecer la variedad paisajística. Una de estas cadenas montañosas es la sierra de Los Filabres, un muro de más de 2.000 metros en el que se encuentra el Centro Astronómico Hispano-Alemán, también conocido como el Observatorio de Calar Alto, financiado conjuntamente por el Instituto Max Planck y el CSIC.

Aquí, en lo alto de la montaña, a salvo de la contaminación lumínica, reina la calma y el frío. Una niebla envuelve a estos telescopios, los más relevantes de la Europa continental. Cuando uno los visita, de la mano del personal del Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC, una de las primeras cosas que llaman la atención es la transformación que ha sufrido la observación del firmamento desde los tiempos de Galileo. Así, los primeros telescopios refractores (que utilizaban lentes) han sido reemplazados por los reflectores (que utilizan espejos); en Calar Alto los dos más grandes tienen 2,2 y 3,5 metros de diámetro. La razón es la siguiente: para llegar más lejos hacen falta lentes o espejos cada vez más grandes (el espejo de 3,5 metros tiene 60 centímetros de grosor y pesa 12 toneladas) y es más asequible la segunda opción, pues hacer una lente perfecta y gigante resulta técnica y económicamente inasequible.

Calar Alto nevado

Paisaje nevado en la sierra de Filabres, donde se encuentra el Observatorio Astronómico de Calar Alto / Santos Pedraz, IAA (CSIC).

El segundo cambio afecta al observador. No hay un ojo al otro lado de las estrellas, sino detectores que recogen las briznas de luz que nos llegan desde millones de kilómetros. Así, ahora los telescopios captan la radiación emitida por los cuerpos celestes y forman la imagen de los objetos observados. Hay dos tipos de instrumentos: las cámaras, que captan imágenes en distintas longitudes de onda, y los espectrógrafos, que descomponen la luz de los objetos en sus diferentes longitudes de onda, de modo que permiten conocer datos como la gravedad de un planeta, su composición química o la distancia al objeto observado.

Además de resultar más cómodo, hay un motivo esencial para justificar la observación remota: la temperatura en el interior de la cúpula, donde están el telescopio y los instrumentos, debe ser lo más parecida posible a la del exterior, con el fin de evitar cualquier mínima turbulencia y así mejorar la calidad de las observaciones. Esto implica varias cosas, como por ejemplo construir observatorios de color blanco con el fin de reducir la absorción de calor por el día, o eliminar cualquier fuente calorífica (personas, estufas, ordenadores) en el interior de la cúpula. Hay soluciones más radicales, y por eso algunos observatorios cuentan con cúpulas que se abren completamente. El hándicap es el viento y una exposición a los elementos que pueden deteriorar el delicado instrumental.

Todos los detalles se tienen en cuenta para que la estación sea operativa el mayor número de noches posible. Solo ante eventualidades extremas, poco frecuentes, se detienen los telescopios. En Calar Alto se han llegado a registrar temperaturas inferiores a los quince grados bajo cero, por lo que, para hacer frente a las duras condiciones, las instalaciones están conectadas mediante túneles para ir de un lado a otro cuando el espesor de nieve es excesivo (y seguimos en Almería).

Telescopio

Telescopio de 3,5 metros de diámetro de Calar Alto / Santos Pedraz, IAA (CSIC).

La observación astronómica tiene como fin conocer el universo. La búsqueda de exoplanetas (planetas fuera del Sistema Solar) es uno de los proyectos que se llevan a cabo en Calar Alto y alcanzará un impulso importante cuando en 2016 empiece a funcionar el espectrógrafo de alta resolución CARMENES, en cuyo diseño participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía. Colateralmente, la tecnología desarrollada en la observación astronómica (potentes mecanismos para mover cúpulas o instrumentos diseñados para captar fotones a miles de años luz) enriquece y facilita nuestra vida cotidiana: ¿quién no tiene un CCD ─un sensor con diminutas células fotoeléctricas que registran la imagen─ en la cámara de su móvil? Pues ese cacharro se concibió inicialmente para capturar la luz de las estrellas.

La niebla va abriendo, dejando un paisaje asombroso y una noche que volverá a ser espectacular aquí arriba.

*J. M. Valderrama trabaja en la Estación Experimental Zonas Áridas del CSIC y escribe en el blog Dando bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y viajes. Agradecimientos a Héctor Magán y Jorge Iglesias, del Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC.