Artículos | Espaciales | Astronom�a

Nuestras vidas humanas son tan breves que los n�meros astron�micos anestesian nuestro sentido de la historia. �C�mo pretendemos ver el flujo del cambio c�smico cuando las escalas de tiempo universal son a nosotros lo que el tiempo geol�gico es a una mariposa? Tratamos de entender la evoluci�n del cosmos, pero es como si hubi�semos entrado tarde al cine. Nos perdimos la mitad de la trama y, en medio de la pel�cula, descubrimos que el universo ha demostrado ser todav�a m�s extravagante de lo que supon�an las predicciones m�s desinhibidas.

Aprovechando que las Naciones Unidas declararon a 2009 el A�o Internacional de la Astronom�a para celebrar los cuatro siglos transcurridos desde el invento del telescopio como instrumento astron�mico, hemos preparado un compendio de los 30 misterios astron�micos que hoy les roban el sue�o a los cient�ficos.

Algunas preguntas han sido descifradas, pero hay varios interrogantes que contin�an sin respuesta. Y muchos dogmas que damos por sentado podr�an venirse abajo en cualquier momento. El poder alucinante de la pr�xima generaci�n de telescopios e instrumentos astron�micos, junto a la f�sica de part�culas, podr�an generar una revoluci�n cient�fica y social de proporciones similares a la que provoc� Galileo cuando apunt� su telescopio al cielo en 1609.

1.- �C�mo se origin� el Universo?

Por un lado est� la teor�a ampliamente aceptada del Big Bang, la Gran Explosi�n, seg�n la cual el universo era originalmente algo extremadamente denso, peque�o y caliente, que en cuesti�n de d�cimas de segundo se expandi� y se enfri� radicalmente, y a�n contin�a expandi�ndose. Algo as� como una torta de pasas en el horno que crece separando las pasas (o galaxias) unas de otras.

Pero hay expertos que proponen un modelo nuevo seg�n el cual el origen no fue una �nica Gran Explosi�n, sino muchas. Una continua cadena de universos que se suceden y repiten unos a otros, pero sin ser r�plicas exactas de los anteriores. En cuanto a la edad del universo, las observaciones recientes sugieren que tiene entre 13.5 y 14 mil millones de a�os.

2.- �Cu�l es el futuro del Universo?

Seg�n la nueva teor�a de los universos que se contin�an, el universo no morir�, sino que seguir� repiti�ndose. �O tal vez ser� un universo fr�o y oscuro, a medida que las galaxias y estrellas se separan unas de otras y su luz y calor se pierden en las tinieblas, expandi�ndose eternamente y enfri�ndose hasta llegar a un estado de fr�o absoluto, donde las mol�culas no tienen energ�a para realizar el menor movimiento?

�O ser� un universo que, tras expandirse, llegar� a un momento en el que se comenzar� a colapsar sobre s� mismo y entonces el problema ser� a la inversa? �ltimamente hay otras teor�as que hablan de un Big Rip (Gran Rasgadura), en el que la tasa de expansi�n ser�a tan tremenda que los grupos de galaxias, las estrellas, la energ�a oscura y todo lo dem�s se convertir�a en una especie de tela que es estirada hasta rasgarse.

3.- �Existen universos alternativos o m�ltiples?

Una teor�a postula que podr�a existir un universo alternativo de materia oscura al mismo tiempo que �ste, pero no lo podr�amos alcanzar. La mejor forma de imaginarlo es pensar en una ventana de vidrio doble con una mosca en medio. La mosca no puede cruzar de un lado al otro, igual que nosotros no podemos cruzar de un universo a otro.

Estos dos universos estar�an atra�dos uno al otro por la fuerza de la gravedad y eventualmente colisionar�an. Al hacerlo, crear�an una Gran Explosi�n. Esto implicar�a que ahora mismo est�n sucediendo cosas que ayudar�n a crear otro universo en el futuro.

Por otro lado, hay varias hip�tesis de universos m�ltiples en la f�sica cu�ntica y la cosmolog�a, en las cuales las constantes f�sicas y la naturaleza de cada universo son distintas. Por ejemplo, el �universo burbuja� es una serie infinita de universos abiertos con diferentes constantes.

4.- �Cu�l es la geometr�a del Universo?

Seg�n Einstein, el universo es un continuo en el tiempo-espacio que podr�a adoptar tres formas, seg�n el contenido de materia y energ�a:

Forma esf�rica (curvatura positiva). Viaje en una direcci�n y eventualmente regresar� al punto de partida. Sin energ�a oscura, este universo detendr� su expansi�n y se colapsar� sobre s� mismo. Con ella, la expansi�n continuar�.

Plano (sin curvatura). El viajero nunca regresar� a su punto de partida. Incluso sin energ�a oscura, este universo continuar� expandi�ndose eternamente, aunque cada vez m�s lentamente. Con la energ�a oscura, la expansi�n se acelerar� cada vez m�s. Seg�n las �ltimas observaciones, esta es la forma de nuestro universo.

Forma de silla de montar (curvatura negativa). El viajero nunca regresar�. La expansi�n apenas desacelerar�, incluso sin la presencia de la energ�a oscura.

5.- �Cu�les son los componentes del Universo?

Las estrellas, los asteroides, los planetas, el polvo c�smico, los elusivos neutrinos, el helio, el hidr�geno y todo lo que podemos ver a nuestro alrededor conforman una m�nima parte de lo que es el universo. El 95% restante est� ocupado por la extra�a materia oscura y la a�n m�s incomprensible la energ�a oscura.

6.- �Qu� es la expansi�n c�smica?

La aceleraci�n c�smica es la observaci�n de que el universo parece estar expandi�ndose a una tasa acelerada. En 1988 las observaciones de las estrellas llamadas Supernovas tipo 1A sugirieron que esta expansi�n se acelera cada vez m�s. La expansi�n del universo fue propuesta y demostrada por Edwin Hubble, al determinar la distancia a varias galaxias y comprobar que las m�s lejanas estaban corridas hacia el rojo, es decir, se estaban alejando de nosotros.

Las observaciones m�s precisas hasta el momento, realizadas con el WMAP y el Telescopio Espacial Hubble, apuntan a una velocidad de expansi�n de entre 70 y 72 kil�metros por segundo.

7.- �Qu� es la radiaci�n c�smica de fondo?

Es una radiaci�n de microondas antiqu�sima que permea todo el universo, y que se considera como los rescoldos que quedaron despu�s de la Gran Explosi�n. Fue descubierta accidentalmente por dos astr�nomos de los Laboratorios Bell, Arno Penzias y Robert Wilson. Sus medidas, combinadas con el descubrimiento de Hubble de que las galaxias se alejan de nosotros, son una fuerte evidencia para la teor�a de la Gran Explosi�n.

8.- �Qu� es la materia oscura?

Es una forma de materia hipot�tica que tiene m�s masa que la materia visible, pero que a diferencia de �sta �ltima no interact�a con la fuerza electromagn�tica. Los cient�ficos infieren su presencia porque tiene efectos gravitacionales en la materia visible. Por ejemplo, las velocidades de rotaci�n de las galaxias, las velocidades orbitales de las galaxias dentro de los c�mulos y la distribuci�n de las temperaturas de los gases de las galaxias apuntan a que tiene que haber algo all� algo m�s.

Hay m�s materia en los c�mulos de galaxias de la que podr�amos esperar de las galaxias y el gas caliente que podemos ver. Al parecer, el 30% del universo est� compuesto de materia oscura. Descubrir su naturaleza es una de las metas m�s importantes de la astronom�a moderna.

9.- �Qu� es la energ�a oscura?

Esta es la Meca y quiz�s el mayor misterio de la cosmolog�a actual. La energ�a oscura es una presencia misteriosa que ofrece la mejor explicaci�n hasta el momento acerca de por qu� el universo se expande a una tasa acelerada. En el modelo actual de la cosmolog�a, la energ�a oscura conforma el 70% del total de la masa-energ�a del universo.

Existen dos modelos seg�n los cuales la energ�a oscura o bien permea el universo de forma heterog�nea o bien cambia de densidad y energ�a en ciertos momentos/lugares. Los cient�ficos concuerdan en que tiene baja densidad (10-29 gramos por cent�metros c�bico) y no interact�a con las fuerzas fundamentales, excepto con la gravedad.

10.- �C�mo nace y c�mo muere una estrella?

Las galaxias contienen nubes de polvo y gas llamadas nebulosas. Si una nebulosa crece suficiente, su gravedad vence a la presi�n del gas y la nube comienza a colapsarse hasta alcanzar suficiente temperatura para fundir (o quemar) el hidr�geno. La energ�a liberada detiene la contracci�n y se pierden las capas externas del gas. Lo que queda es una bola incandescente, compuesta principalmente de hidr�geno, iluminada por las reacciones de fusi�n de su n�cleo. Es decir, una estrella.

Cuando se le agota su combustible, la estrella comienza a declinar. El n�cleo se convierte mayoritariamente en helio e inicia el colapso, al mismo tiempo que las regiones exteriores son empujadas hacia afuera. La estrella se vuelve m�s fr�a y m�s brillante: es una gigante roja. Si la estrella es grande, comenzar� el ciclo de nuevo quemando el helio. Si es masiva, entrar� en una tercera etapa, quemando carb�n. Y si es realmente enorme, quemar� hierro.

11.- �Qu� es una supernova y para qu� sirve?

Es una estrella de entre 5 y 10 veces la masa del sol que, despu�s de quemar hidr�geno, helio y carb�n para mantenerse viva, recurrir� al hierro. Pero la fusi�n de hierro no libera energ�a, sino que la absorbe. Entonces el n�cleo se enfr�a, toda fusi�n cesa, y la pobre estrella implota. Y despu�s, explota.

Esta explosi�n es el acto de violencia m�s grandioso del cosmos. Una sola supernova puede ser m�s brillante que una galaxia entera durante unos d�as. Despu�s de esta fase, el n�cleo puede terminar convertido en una enana blanca, en una estrella de neutrones o en un agujero negro. Las supernovas se usan para determinar la distancia a la que est� otra galaxia y su velocidad de expansi�n.

12.- �De d�nde vienen los rayos c�smicos m�s energ�ticos?

Las observaciones del Observatorio de Rayos C�smicos Pierre Auger, en Argentina, en 2007 apuntan a que una de las fuentes de estos rayos es el n�cleo activo de las galaxias, o sea los agujeros negros. El 90% de los rayos c�smicos son protones, el 9% son n�cleos de helio, mientras que el 1% restante son electrones. Gracias a la baja densidad de la materia del espacio, estas part�culas logran viajar en una pieza, hasta que colisionan con otras part�culas en nuestra atm�sfera, causando chubascos cuya energ�a y composici�n se mide en varios observatorios astron�micos.

13.- �Cu�ntas galaxias hay y c�mo se formaron?

Existen unos 100 mil millones (10011) de galaxias. Ahora bien, el proceso detallado de su formaci�n es otra de las preguntas abiertas de la astronom�a. Hay varias teor�as seg�n las cuales estructuras peque�as como c�mulos globulares se fueron uniendo unas a otras bajo las fuerzas gravitacionales. En otros modelos, varias protogalaxias se formaron en un gran colapso simult�neo que podr�a durar cien millones de a�os.

14.- �Qu� pasa cuando chocan dos galaxias?

Es muy com�n que las galaxias choquen e interact�en unas con otras. De hecho, se cree que las colisiones y uniones entre galaxias son uno de los principales procesos en su evoluci�n. La mayor�a de las galaxias han interactuado desde que se formaron. Y lo interesante es que en esas colisiones no hay choques entre estrellas.

La raz�n es que el tama�o de las estrellas es muy peque�o comparado con la distancia entre ellas. En cambio, el gas y el polvo s� interact�an de tal manera que incluso llegan a modificar la forma de la galaxia. La fricci�n entre el gas y las galaxias que chocan produce ondas de choque que pueden a su vez iniciar la formaci�n de estrellas en una regi�n dada de la galaxia.

15.- �Todav�a se est�n creando galaxias?

Las �ltimas observaciones indican que s�. La mayor�a de las galaxias fueron creadas temprano en la historia del universo, y los astr�nomos pensaban que galaxias grandes como la V�a L�ctea, que tiene 12,000 millones de a�os, ya no pod�an nacer. Pero el telescopio espacial GALEX (Galaxy Evolution Explorer) de la NASA, lanzado en 2003, ha detectado varias galaxias que parecen tener entre cien millones y mil millones de a�os. Es decir, unos beb�s.

16.- �Cu�ndo dejar�n de nacer estrellas?

Se espera que la era actual de formaci�n de estrellas continuar� durante otros cien mil millones de a�os. Despu�s la �era estelar� comenzar� a declinar durante cien trillones de a�os (1013�1014 a�os), a medida que las estrellas m�s peque�as y de vida m�s larga, las diminutas enanas rojas, se apaguen. Al final de la �era estelar�, las galaxias estar�n compuestas de objetos compactos: enanas pardas, enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.

17.- �Qu� es la antimateria y por qu� hay tan poca?

La antimateria es algo real y comprobado. Todas las part�culas elementales tienen una contraparte con la misma masa pero carga opuesta. Por ejemplo, la antipart�cula de un electr�n (carga negativa) es un positr�n (carga positiva). Cuando una part�cula choca contra su antipart�cula ambas se destruyen, liberando un estallido de energ�a conocido como rayo gamma. La antimateria tiene usos m�dicos pr�cticos en la tomograf�a de emisi�n de positrones (PET). Y podr�a usarse como combustible de naves espaciales.

En las etapas iniciales de formaci�n del Universo exist�an pares de part�culas-antipart�culas de todas clases que eran continuamente creados y destruidos en colisiones. Pero en un momento dado, una reacci�n llamada bariog�nesis viol� esta simetr�a, causando un peque�o exceso de quarks y leptones sobre los antiquarks y antileptones. Desde entonces, nuestro universo est� dominado por la materia �normal�.

18.- �Qu� son los agujeros negros? �C�mo se forman?

Son objetos muy prevalentes en el universo y tan densos que nada escapa de su atracci�n gravitacional. Por lo general se forman cuando una estrella se convierte en supernova: su n�cleo explota y no existe una fuerza conocida que pueda detener la inmensa gravedad que se cierne sobre �l. Se cree que casi todas las galaxias contienen agujeros negros en su centro, millones y miles de millones m�s masivos que nuestro sol.

Algunos de ellos son los objetos m�s violentos y energ�ticos del universo: al absorber estrellas, polvo y gases, estos agujeros negros disparan jets de radio y emiten puntos de luz sumamente intensos llamados cu�sares (�fuentes de radio casi estelares�). Otros, con frecuencia los m�s viejos (como el que yace en el centro de la V�a L�ctea), son tragones m�s calmados. No podemos observar directamente a los agujeros negros, pero s� vemos el efecto que producen sobre el material que los rodea.

19.- �Mueren los agujeros negros? �Se evaporan?

Las investigaciones de expertos como Stephen Hawking parecen indicar que los agujeros negros no capturan la materia por siempre, sino que a veces hay �goteos� lentos, en forma de una energ�a llamada radiaci�n de Hawking. Eso significa que es posible que no tengan una vida eterna. Los agujeros se van achicando y sucede que la tasa de radiaci�n aumenta a medida que la masa de agujero disminuye, de tal manera que el objeto irradia m�s intensamente a medida que se va desvaneciendo.

Pero nadie est� seguro de lo que sucede durante las �ltimas etapas de la evaporaci�n de un agujero negro. Algunos astr�nomos piensan que permanece un diminuto remanente. En general, el concepto de la evaporaci�n de agujeros negros sigue siendo m�s bien especulativo.

20.- �Qu� pasa cuando chocan dos agujeros negros?

Cuando dos galaxias se unen, sus agujeros negros supermasivos (miles de millones el tama�o del sol) eventualmente tienen que interactuar, ya sea en un violento impacto directo o acerc�ndose hacia el centro hasta tocarse uno con otro. Y es ah� donde las cosas se ponen interesantes. En vez de acercase de buena manera, las fuerzas de ambos monstruos son tan extremas que uno de ellos es pateado fuera de la galaxia reci�n unida a una velocidad tan tremenda que nunca puede regresar.

Por su parte, el agujero que da la patada recibe una enorme cantidad de energ�a, que inyecta en el disco de gas y polvo que lo rodea. Y entonces este disco emite un suave resplandor de rayos X que dura miles de a�os. El choque de dos agujeros negros es un evento rar�simo.

21.- �Qu� es un agujero blanco?

Las ecuaciones de la relatividad general tienen una interesante propiedad matem�tica: son sim�tricas en el tiempo. Eso significa que uno puede tomar cualquier soluci�n a las ecuaciones e imaginar que el tiempo fluye a la inversa, en lugar de hacia delante, y obtendr� otro grupo de soluciones a las ecuaciones, igualmente v�lidas.

Aplicando esta regla a la soluci�n matem�tica que describe a los agujeros negros, se obtiene un agujero blanco. Puesto que un agujero negro es una regi�n del espacio de la cual nada puede escapar, la versi�n opuesta es una regi�n del espacio hacia la cual no puede caer nada. De hecho, as� como un agujero negro s�lo puede tragarse las cosas, un agujero blanco s�lo las puede escupir. Los agujeros blancos son una soluci�n matem�tica perfectamente v�lida a las ecuaciones de la relatividad general. Pero eso no significa que realmente exista uno en la naturaleza.

22.- �Existe el Bos�n de Higgs y contiene los secretos del Universo?

Durante m�s de dos d�cadas los cient�ficos han estado buscando una de las cosas m�s elusivas en el universo, el bos�n de Higgs, aquella part�cula que le confiere la masa a todas las cosas del cosmos. Es una part�cula teorizada, pero nunca vista. El bos�n de Higgs es famoso por ser la �nica part�cula predicha por el Modelo Est�ndar de la F�sica que permanece no detectada.

En teor�a, todas las dem�s part�culas en este universo obtienen su masa al interactuar con el campo creado por los bosones de Higgs. Si el Higgs es descubierto, el modelo est�ndar puede anunciar que es la teor�a que lo unifica todo, exceptuando a la gravedad.

23.- �Tienen los protones una vida finita?

Las Grandes Teor�as Unificadas de la f�sica de part�culas predicen que el prot�n tiene una vida finita. La f�sica de c�mo un prot�n se desintegra espont�neamente est� estrechamente relacionada con la f�sica de la Gran Explosi�n, y con la diferencia entre la cantidad de materia y antimateria existente en el universo. El descubrimiento de esta desintegraci�n espont�nea del prot�n ser�a uno de los m�s fundamentales de la f�sica y la cosmolog�a. Su respuesta podr�a llegar con un gran detector internacional subterr�neo que Europa intenta dise�ar.

24.- �Qu� son las ondas gravitacionales?

Una onda gravitacional es una peque�a fluctuaci�n en la curvatura de la tela del espacio-tiempo, la cual se propaga en forma de ola, viajando hacia a fuera a partir de un objeto o un sistema de objetos en movimiento. Fue predicha por Einstein, y su estudio podr�a contestar el gran interrogante sobre cu�l es la naturaleza de la gravedad.

Aunque la radiaci�n gravitacional no ha sido medida directamente, su existencia se ha demostrado indirectamente, y se piensa que podr�a estar ligada a violentos fen�menos c�smicos. Una sofisticada antena interferom�trica espacial llamada LISA, que ser� puesta en �rbita en la pr�xima d�cada, se dedicar� a detectar y analizar las ondas gravitacionales.

25.- �Qu� son las lentes gravitacionales y para qu� se usan?

Las lentes gravitacionales son curvaturas en el espacio tiempo que rompen la luz de las estrellas en espejismos dobles, triples y cu�druples desde el comienzo del tiempo. Imagine un objeto brillante que est� muy lejos de la Tierra, digamos a 10.000 millones de a�os luz de distancia. Si no hay nada entre usted y ese objeto, usted ver� (con un s�per-telescopio) s�lo una imagen.

Pero si una galaxia masiva o un c�mulo de galaxias bloquea la vista directa de esa otra estrella, la luz del objeto lejano se doblar� siguiendo el campo gravitacional alrededor de la galaxia. Es decir, la gravedad de la galaxia que est� delante act�a como un lente para reorientar los rayos de luz. Pero en lugar de crear una sola imagen del objeto distante, esta lente crea im�genes m�ltiples del mismo objeto. Las lentes gravitacionales se usan como telescopios naturales para detectar esos objetos sumamente viejos y lejanos, as� como para estudiar la geometr�a y expansi�n del universo.

26.- �Hay vida extraterrestre?

Hasta el momento ninguna sonda espacial o telescopio ha hallado rastros concretos de vida tal como la conocemos en la Tierra. El debate sobre la vida extraterrestre est� dividido entre quienes piensan que la vida en la Tierra es sumamente compleja, por lo que es poco probable que exista algo semejante a nosotros en otro planeta, y aquellos que se�alan que los procesos y elementos qu�micos involucrados en las criaturas terrestres son muy comunes en todo el universo, y que lo �nico que hay que buscar son las condiciones adecuadas.

Para estos �ltimos, es bastante probable que exista vida similar a la nuestra en otros mundos, planetas extrasolares en cuya b�squeda nos hallamos enfrascados.

27.- �La vida lleg� a la Tierra en un asteriode?

Para los astrobi�logos que estudian la posibilidad de vida en otros mundos, los viajes interplanetarios no tienen por qu� ser el privilegio de cometas, polvo c�smico o sondas espaciales con o sin gente dentro. No es descabellado, dicen, pensar que existan o hayan existido otros cosmonautas all� afuera: Vaqueros que viajan a lomo de asteroides, polizones que se esconden entre los dobleces de un traje espacial, y hasta criaturas infelices desplazadas de sus mundos por colisiones brutales.

Todas estas formas de vida diminutas podr�an haber rebotado entre un planeta y otro, llevadas de aqu� para all� como hojas al viento por la brutal meteorolog�a c�smica. Vista as�, la vida en la Tierra podr�a perfectamente provenir de Marte� o viceversa. O quiz�s de la luna Europa, o por qu� no, de Tit�n. O tal vez la espora con la chispa de la vida provino del otro lado de la nube de asteroides Oort. �sta es la teor�a de la Panspermia.

28.- �Puede haber vida sin agua?

El agua y la vida que conocemos son inseparables. No se ha visto a�n a ning�n organismo existir sin agua, ya que las c�lulas necesitan agua para rodear sus membranas. Sin embargo, s� hay formas de vida -unos cuantos animales, plantas y un n�mero desconocido de microbios- que se las arreglan para sobrevivir durante largos per�odos de tiempo sin el l�quido. Pueden disecarse como un papel y permanecer as� durante horas o d�cadas, para revivir inmediatamente al entrar en contacto con el agua. Las preguntas sin resolver acerca de estos seres tan especiales son dos: �c�mo toleran esta sequ�a interior de sus cuerpos? y �por qu� no son m�s comunes?

29.- �Es J�piter una estrella fallida?

Cualquiera dir�a, observando nuestro Sistema Solar desde lejos, que J�piter y el Sol son los dos �nicos objetos aqu�. Este planeta es enorme, pero a pesar de esa enormidad a�n es mil veces m�s peque�o que el sol. Para ser una estrella, J�piter tendr�a que ser 80 veces m�s grande. Porque ser masivo es la �nica manera de generar suficiente calor interno que permita las reacciones de fusi�n termonuclear �la energ�a que les da su luz a las estrellas. Y como eso nunca va a suceder, por eso se dice que J�piter es una estrella fallida.

30.- �Guardan los neutrinos los secretos del cosmos?

El Modelo Est�ndar de la F�sica predec�a que los neutrinos no ten�an masa. Pero resulta que s� la tienen, seg�n un descubrimiento de la pasada d�cada. Es m�s, los neutrinos vienen en varios �sabores� y pueden oscilar, o cambiar de identidad. Eso significa que estas interesantes part�culas son la primera prueba confiable de fen�menos que est�n por fuera del modelo est�ndar.

Los detectores de neutrinos del futuro tienen la misi�n de contestar otros interrogantes sobre estas part�culas. Por ejemplo, �qu� nos dicen estos cambios de identidad acerca de los procesos que generan calor en el interior de la Tierra? �Tienen claves sobre las explosiones de las supernovas? �Son los neutrinos sus propias antipart�culas?

Publicado originalmente en Prensa Latina (EEUU)