Entradas etiquetadas como ‘universo’

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.

Panspermia, la teoría de los meteoritos fecundadores

Meteor Crater, en Arizona. Erik Charlton.

Meteor Crater, en Arizona. Erik Charlton.

Por Mar Gulis

En 1969 cayó en Murchison (Australia) un meteorito cargado de buenas noticias para quienes piensan que el universo está lleno de vida. En los fragmentos de aquel objeto no se encontró ningún ser extraterrestre pero sí moléculas orgánicas que son la base del desarrollo de la vida. Un análisis detallado demostró que en la roca había quince aminoácidos que se habían formado fuera de la Tierra; algunos de ellos, incluso, todavía no se han encontrado en nuestro planeta.

El hallazgo probaba que la materia orgánica puede ‘sobrevivir’ a las altas temperaturas  que se producen cuando un meteorito atraviesa la atmósfera. Las moléculas de carbono resisten en el interior de la roca porque la gran velocidad a la que caen estos objetos –entre 10 y 70 kilómetros por segundo– hace que solo se ‘incendien’ las capas superficiales.

Los científicos no descartan que, si los meteoritos pueden transportar materia orgánica, en algún momento de la historia nos hayan ‘traído’ vida propiamente dicha (bacterias en forma de espora, por ejemplo)y que, incluso, esa vida haya sido el origen de todos los seres vivos de nuestro planeta.

Meteor Collision from Zach Gildersleeve on Vimeo.

Esto supone aceptar que la vida no es un fenómeno exclusivo de la Tierra sino que se encuentra en otros lugares del universo, a los que habría llegado a través de meteoritos ‘fecundadores’ de planetas. Esta teoría se conoce  nada más y nada menos con el nombre de litopanspermia, del griego lito, piedra; pan, todo; y spermia, semilla.

En su libro Extraterrestres(CSIC-Libros de la Catarata), Javier Gómez-Elvira y Daniel Martín explican que, si bien no se ha logrado probar, esta propuesta cuenta con buenos argumentos a favor.

Uno de ellos es que en la Tierra existen microorganismos capaces de sobrevivir en los fragmentos que se proyectarían al espacio tras el impacto de un gran meteorito. Esto quiere decir que, si en Marte hubiera habido vida antes que en la Tierra, el choque de un meteorito sobre su superficie habría lanzado trozos de material con compuestos orgánicos al medio interestelar y estos podrían haber alcanzado nuestro planeta. Vamos, que todos nosotros podríamos tener un origen marciano.

Otro argumento favorable es que algunos microorganismos pueden aguantar las duras condiciones de vida en el espacio, como los altos niveles de radiación ultravioleta o el enorme contraste de temperaturas.

Panspermia sí o panspermia no, tenemos que ser conscientes de que este debate no responde a la pregunta del origen de la vida. Aunque llegara a demostrarse que ‘venimos’ de Marte o de otro planeta, todavía quedaría una pregunta muy importante por responder: ¿cómo narices apareció la vida en el universo? Se trata de una pregunta de plena actualidad en ciencia, a la búsqueda de cuya respuesta la astrobiología está dedicando enormes esfuerzos…

Si quieres más ciencia para llevar sobre la vida en el universo consulta el libro Astrobiología (CSIC-Libros de la Catarata), coordinado por Álvaro Giménez Cañete, Javier Gómez-Elvira y Daniel Martín Mayorga. 

¿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.

Edgar Alan Poe… el astrónomo

GASPor Gustavo Ariel Schwartz

Poe tenía una gran afición por la ciencia, y en especial por la astronomía. Tal era su interés por estos temas que estaba convencido de que iba a ser más recordado por sus ideas científicas que por sus escritos.

En 1848, con 39 años de edad y a uno de su muerte, propuso una solución realmente innovadora a la paradoja de Olbers. Esta paradoja señala que en un universo infinito, eterno e inmutable (como se creía entonces que era el universo) el cielo nocturno no podría contener regiones oscuras.

Paradoja

Según la paradoja de Olbers, a medida que observamos las estrellas situadas en capas más lejanas a la Tierra, el cielo debería verse más luminoso. / Kmarinas86 (CC-BY-SA-3.0)

Sabemos que cuanto más lejos está una estrella de la Tierra, menor es su intensidad aparente (en concreto, esta intensidad disminuye con el cuadrado de la distancia). Por eso, cuando observamos dos estrellas similares situadas a diferente distancia de nuestro planeta, vemos más brillante la que está más cerca. Pero si suponemos que la densidad de estrellas en el universo es constante, a medida que nos alejamos de la Tierra y abarcamos un radio mayor del espacio, la cantidad de estrellas tendrá que aumentar (y no de cualquier manera, sino en proporción al cuadrado de la distancia). Por tanto, estos dos efectos se cancelan (cuanto más lejos, menos intensidad tienen los puntos de luz pero más puntos de luz hay) y, al observar el cielo en cualquier dirección, deberíamos ver una cantidad de luz infinita. Y éste, obviamente, no es el caso. Entonces, ¿cuál es el problema?

Alguna de las hipótesis arriba mencionadas no puede ser correcta: el universo no puede ser infinito, eterno e inmutable. Poe propuso entonces que “[…] podríamos comprender los vacíos que nuestros telescopios encuentran en innumerables direcciones suponiendo que la distancia hasta el fondo invisible es tan inmensa que ningún rayo de luz procedente de allí ha sido todavía capaz de alcanzarnos”. Esta idea echaba por tierra la hipótesis de eternidad; el universo tuvo un principio. De no ser así, por más lejos que estuviera una estrella, su luz habría tenido tiempo suficiente para llegar hasta nosotros.

Como si de un oxímoron borgiano se tratase, la oscuridad del cielo nocturno es una de las más claras y bellas evidencias a favor del Big Bang.

Cielo nocturno

 

Gustavo Ariel Schwartz es científico del CSIC en el Centro de Física de Materiales, dirige el Programa Mestizajes y mantiene un blog sobre Arte, Literatura y Ciencia.

¿Qué había ‘antes’ del Big Bang?

Por Mar Gulis

Dice el físico Alberto Casas que hacerse esta pregunta tiene el mismo sentido que preguntar qué hay al sur del Polo Sur.

Universo dedalSi nos guiáramos solo por las apariencias y creyéramos que la Tierra es plana, podríamos imaginarnos caminando hacia el sur de forma indefinida, del mismo modo que la intuición nos puede hacer pensar que es posible remontarnos a un tiempo anterior al Big Bang. Sin embargo, desde hace algunos siglos sabemos que nuestro planeta es redondo y que, una vez alcanzado el Polo Sur, por más que sigamos caminando en la misma dirección nos estaríamos dirigiendo hacia el norte.

Pues bien, al espacio-tiempo le pasa algo parecido. En su libro El lado oscuro del universo, el investigador del CSIC explica que podemos representar la historia del universo como un gigantesco dedal colocado hacia abajo. En el vértice inferior estaría el Big Bang, “el instante cero en el que todo el universo conocido estaba comprimido en un punto”, y en la abertura superior, el universo actual, con una edad de nada más y nada menos que de 14.000 millones de años.

Si nos desplazáramos hacia arriba por la superficie del dedal encontraríamos que su anchura es cada vez mayor porque, como sabemos, el universo se encuentra en expansión. En cambio, si tratáramos de retroceder  en el tiempo y quisiéramos remontarnos ‘más allá’ del Big Bag nos encontraríamos volviendo a avanzar en el tiempo.

Campo ultraprofundo del Hubble. Se trata de la imagen más lejana del universo obtenida con luz visible / NASA, ESA

Campo ultraprofundo del ‘Hubble’. Se trata de la imagen más lejana del universo obtenida con luz visible / NASA, ESA

“Cuesta imaginarlo, pero matemáticamente no hay ningún problema en formularlo”, explica Casas. En cierto modo, esta conclusión es muy parecida a la que llegó San Agustín cuando, en el siglo V, los teólogos se preguntaban qué hacía Dios antes de crear la Tierra y los Cielos. Su respuesta fue que no tenía sentido preguntar a qué dedicaba Dios su tiempo antes de crear el tiempo.

No hay por qué desanimarse. Aunque la ciencia diga que no podemos remontarnos ‘antes’ del Big Bang, sí que puede explicarnos, y muy bien, qué pasó justo después. Tanto, que los físicos han establecido el ‘nacimiento’ de los primeros protones y neutrones una diezmillonésima de segundo después de la gran explosión, mientras que la aparición de los primeros núcleos formados por protones y neutrones (deuterio, helio, helio-3, litio) se habría producido a los 100 segundos.

Los primeros átomos no se formarían hasta pasados los 380.000 años, pero esta es otra historia de las que nos ocuparemos próximamente…