¿ES CIERTO QUE LAS ESTRELLAS SE MUEVEN? (2). Enrique Garralaga Robres

SEGUNDA PARTE: EL UNIVERSO NO ES ESTACIONARIO

Desde nuestro planeta, a simple vista, sólo podemos ver algunas de las estrellas de nuestra propia galaxia. También se puede ver alguna galaxia distinta, como Andrómeda, pero tal y como la vemos (un simple punto luminoso) nos parece que es una estrella como las demás. Todas las estrellas visibles a simple vista están tan lejanas, que sólo podemos apreciar su movimiento “aparente” de giro alrededor de la estrella Polar. 

Terminamos la primera parte de este artículo diciendo que hacia 1925, los astrónomos ya sabían que la distribución de las estrellas por el Universo no es irregular, no es caprichosa, sino que presenta una estructura: las estrellas se agrupan en Galaxias, que son conjuntos de astros como el Sol, que giran alrededor de su centro galáctico. Pero se creía que las galaxias estaban siempre inmóviles en un mismo sitio, es decir, que en esencia, el modelo del Universo seguía siendo el UNIVERSO ESTACIONARIO.

Supongamos que por una calle recta circula a gran velocidad una ambulancia, con su sirena sonando (Figura 1). La persona B, hacia la cual se acerca el sonido de la sirena,  percibe un sonido más agudo de lo normal, porque cerca de ella se concentran las ondas sonoras. En este caso, se dice que para ella ha aumentado la frecuencia del sonido. 
  

Figura 1: El efecto Doppler



Al contrario, la persona A percibe un sonido más grave de lo normal, porque las ondas en su proximidad están más separadas. Se dice que para ella el sonido tiene menor frecuencia. Este fenómeno se llama “Efecto Doppler”, y no solo ocurre para las ondas sonoras, sino para toda clase de ondas. También para las luminosas. De entre todos los colores visibles, las ondas de mayor frecuencia corresponden al azul, le siguen el verde, el amarillo, etc. Las ondas luminosas de menor frecuencia corresponden al color rojo.

El elemento químico más abundante en las estrellas es el Hidrógeno, que allí se encuentra incandescente, por las altísimas temperaturas que hay en ellas. Los grandes telescopios reciben la luz que procede del Hidrógeno incandescente de las estrellas, y la pasan por un dispositivo llamado “Red de Difracción”, que la separa en los colores simples que la forman, y a continuación los proyecta en una pantalla. Se obtiene así una banda coloreada, que se llama “El Espectro del Hidrógeno”. Contiene casi todos los colores del arco iris, desde el azul hasta el rojo, pero le faltan 3 (las 3 rayas negras, o sea, sin luz, que vemos en su espectro. Si el hidrógeno está en reposo, estos 3 colores que faltan son de color VERDE, como vemos en la Figura 2, en la franja de arriba). Se sabe perfectamente el porqué, pero no es ahora el momento oportuno de explicarlo.

Figura 2: Espectro del Hidrógeno: en reposo, alejándose y acercándose.


Si una estrella se está alejando, por el efecto Doppler, todos los colores, y también las 3 rayas sin luz, disminuirán su frecuencia, y se desplazarán hacia el rojo. Podemos decir esto mismo de otra manera: Al espectro del hidrógeno, cuando está en reposo, le faltan 3 rayas de color VERDE. Pero si el hidrógeno que hay en una estrella se nos está alejando a gran velocidad, ya no le faltan las 3 rayas de color verde anteriores, sino que ahora las 3 rayas que le faltan serán de color AMARILLO (Fig. 2, franja de en medio).

En caso contrario, si la estrella se nos está acercando, aumentará la frecuencia de la luz que emite, y las 3 rayas que faltan serán ahora de color AZUL (Fig. 2, franja de abajo). En otras palabras, si medimos el desplazamiento de las rayas oscuras en el espectro del Hidrógeno, tenemos aquí un buen método para medir la velocidad de las estrellas.
En 1929, disponiendo ya del gran telescopio del monte Wilson, que captaba muy bien la luz del Hidrógeno estelar, y de buenas redes de difracción, a unos astrónomos, llamados Slipher y Hubble, se les ocurrió apuntar su telescopio hacia todas las direcciones del espacio, para poder así medir la velocidad de las galaxias, si es que la tenían.

El resultado de su investigación fue una enorme sorpresa, y uno de los descubrimientos más importantes de toda la historia de la astronomía. En principio, podría esperarse que las galaxias estén inmóviles, o bien que algunas se nos acerquen y otras se nos alejen. Sin embargo, se comprobó que casi todas las galaxias (y por supuesto, también todas las estrellas que forman parte de ellas) se están alejando de nosotros a velocidad constante. Además, las galaxias están alejándose entre sí continuamente. Conclusión inmediata: EL UNIVERSO NO ES ESTACIONARIO. Hubble también descubrió que cuanto más lejana está una galaxia, mayor es la velocidad con la que se aleja de nosotros (Ley de Hubble). Con estos nuevos descubrimientos, los astrónomos teóricos (se les suele llamar cosmólogos) tenían ante sí un reto difícil: ¿Cómo es el Universo? ¿Se le puede encontrar una explicación al hecho de que todas las galaxias se estén alejando entre sí?

Imaginemos un globo azul deshinchado, al que con un rotulador, le pintamos varias manchas blancas, que simulan ser las galaxias. Si ahora lo vamos hinchando, veremos que dichas galaxias están todas alejándose entre sí. Similarmente, el Universo se está hinchando constantemente, es decir, que su tamaño está aumentando sin cesar. El nuevo modelo del Universo es  un UNIVERSO EN EXPANSIÓN (Figura 3).

Figura 3: “El Universo en Expansión”, también llamado “Universo Inflacionario”



“Rebobinando” imaginariamente el tiempo hacia atrás, el Universo debió haber sido en tiempos pasados cada vez más pequeño, hasta contraerse en un solo punto. Aquí comenzó la historia del Universo, lo que podríamos llamar “el tiempo 0”. Este Universo tan enormemente concentrado estalló, y empezó a expandirse sin cesar, que es lo que observamos hoy. A esta gran explosión, y también al modelo completo se le llama “Modelo del BIG BANG” (que significa “GRAN EXPLOSIÓN”, en el idioma inglés)

Resulta que este modelo, y también todos los datos astronómicos obtenidos con los telescopios, encajaban muy bien en la Teoría de la Relatividad General de Einstein, enunciada en 1915. Pero los cosmólogos se resistían a aceptarlo, porque dicha teoría predecía  también, que a causa del Big Bang, debería existir, llenando todo el espacio, una onda electromagnética cuya frecuencia se había calculado teóricamente, y era similar a la que tienen las ondas de los hornos domésticos de microondas. Se le llamaba “Radiación cósmica de microondas”, o también “Radiación cósmica de fondo”. Era una especie de  huella o residuo de la Gran Explosión. Pero nunca la había detectado nadie.

En 1964, dos ingenieros estadounidenses, Arno Penzias y Robert Wilson, que nunca habían estudiado Astrofísica, ni habían oído hablar del Big Bang, construyeron la rudimentaria antena de la Foto 4, con la que pretendían captar ciertas ondas electromagnéticas procedentes de los satélites artificiales. Sin habérselo propuesto, descubrieron la Radiación Cósmica de Fondo, que efectivamente, llena todo el espacio y cuya frecuencia es la misma que la que había sido calculada teóricamente en el modelo de la Gran Explosión. Se les concedió el Premio Nobel de Física en 1978.

Foto 4: La antena de microondas de Penzias y Wilson



Desde entonces, toda la comunidad científica ha aceptado este modelo, aunque con alguna variación, que veremos enseguida. Existen ahora unos aparatos puestos en órbita (espectrofotómetros), con una sensibilidad extraordinaria, que miden con muchísima precisión la Radiación Cósmica de Fondo. De entre los muchos descubrimientos importantes que han conseguido, destacaremos que han averiguado que “el instante 0”, es decir, el momento de la Gran Explosión, ocurrió hace unos 13.700 millones de años.

Para terminar, mencionaremos también dos descubrimientos astronómicos de gran importancia, que han tenido lugar en tiempos recientes:

1.- A lo largo del siglo XX, con la continua mejora de la calidad y potencia de los grandes telescopios, se descubrió que el Universo está muy estructurado. Las estrellas no están distribuidas al azar. No sólo se agrupan muchas estrellas formando galaxias, sino que también las galaxias se agrupan en cúmulos de galaxias, que giran en torno al centro de gravedad común. A su vez, los cúmulos de galaxias se agrupan en supercúmulos de galaxias, formando estructuras cada vez más grandes.

Consideremos un cúmulo de galaxias que gira en torno al centro de gravedad del sistema. Si se mide la velocidad a la que orbitan sus estrellas exteriores, se puede calcular, mediante cierta fórmula matemática, la masa que contiene en su interior todo el cúmulo de galaxias. Esta fórmula es conocida desde los tiempos de Newton (desde el siglo XVII) y siempre se había observado que se cumple escrupulosamente.

A principios de la década de 1980, un grupo de investigación encontró que en un determinado cúmulo de galaxias no se cumplía esa ley. Midieron cuidadosamente la velocidad de sus estrellas exteriores, y comprobaron que para poder explicar su altísimo valor, sería necesario que la masa del cúmulo fuera unas 10 veces superior a la que se podía observar con el telescopio. Se extendió la noticia, otros grupos de astrónomos  fueron observando otros cúmulos de galaxias, y ya en 2005 se había comprobado y medido que este mismo efecto se produce en todos los cúmulos de galaxias conocidos.

Figura 5: La materia ordinaria no puede explicar la altísima velocidad de las estrellas exteriores. Es preciso que haya más materia, pero no se sabe dónde está ni cómo es.

Hoy aún no se ha resuelto este misterio. Se ha propuesto la hipótesis (que aún no se ha podido comprobar, ni mucho menos) de que, además de la materia ordinaria, es decir, la que conocemos en La Tierra y en las estrellas, existe otra distinta, que sólo tiene efectos gravitatorios, pero nada más. Se le llama “MATERIA OSCURA”. Y es oscura, no sólo porque no emite luz. Tampoco emite ondas de radio, ni microondas, ni infrarrojos, ni rayos X, etc. Tampoco emite partículas elementales conocidas, tales como electrones, neutrinos, etc. Nada. Sólo ejerce atracción gravitatoria. El nombre de “Materia Oscura” sugiere también que no tenemos nada claro en qué consiste.

2.- Desde hace menos de 20 años, medidas muy finas de las velocidades con las que se alejan de nosotros todas las galaxias, obtenidas con aparatos muy mejorados y precisos, han comprobado que la Ley de Hubble, antes mencionada, no es correcta. Las galaxias no se alejan de nosotros a velocidad constante, sino que se están acelerando muchísimo.

Esto significa: Primero, que el Universo se está expandiendo mucho más rápidamente de lo que creíamos, y Segundo: Para que las galaxias se aceleren tanto, es preciso que se les impulse con una cantidad enorme de  energía, que no sabemos ni de dónde procede ni cómo actúa. Se le ha bautizado como “ENERGÍA OSCURA”. No debemos confundirla con la Materia Oscura que se ha descrito un poco más arriba, porque no tiene nada que ver con ella. A esta Energía se le llama “Oscura”, simplemente para indicar que no tenemos ni la menor idea de cuál es su origen. Evidentemente, aquí la palabra “Oscura” no tiene nada que ver ni con la luz, ni con la oscuridad.

Supongo que es decepcionante para ustedes no conocer la respuesta a estos enigmas. También lo es para mí, y no digamos para los cosmólogos y astrónomos. Pero así están las cosas a día de hoy.



Autor :  Enrique  Garralaga  Robres .