Y se hi­zo la luz

Du­ran­te cien­tos de mi­llo­nes de años, una nu­be de gas opa­co en­ca­po­tó el uni­ver­so, has­ta que fue elec­tri­fi­ca­do por una in­tri­gan­te fuen­te de ra­dia­ción. Te contamos las úl­ti­mas hi­pó­te­sis so­bre es­te rom­pe­ca­be­zas de la as­tro­no­mía mo­der­na.

Muy Interesante - - SUMARIO - Un reportaje de MI­GUEL ÁNGEL SA­BA­DELL

Du­ran­te cien­tos de mi­llo­nes de años, una nu­be de gas opa­co en­ca­po­tó el uni­ver­so, has­ta que fue elec­tri­fi­ca­do por una in­tri­gan­te fuen­te de ra­dia­ción. Te contamos las úl­ti­mas hi­pó­te­sis so­bre es­te rom­pe­ca­be­zas de la as­tro­no­mía.

En mar­zo de 2016 se anun­cia­ba el des­cu­bri­mien­to de la ga­la­xia más le­ja­na co­no­ci­da, la GN-z11, jus­to en el lí­mi­te de de­tec­ta­bi­li­dad del te­les­co­pio es­pa­cial Hub­ble. Si­tua­da en la cons­te­la­ción de la Osa Ma­yor, hoy la ob­ser­va­mos tal co­mo era ha­ce 13.400 mi­llo­nes de años, tan so­lo 400 mi­llo­nes des­pués del big bang. Com­pa­ra­da con la Vía Lác­tea, GNz11 es vein­ti­cin­co ve­ces más pe­que­ña y tie­ne el 1 % de su ma­sa, pe­ro en ella na­cen es­tre­llas –o na­cían ha­ce 13.400 mi­llo­nes de años– a un rit­mo vein­te ve­ces ma­yor.

En los úl­ti­mos años, se han des­cu­bier­to otros re­mo­tos ob­je­tos si­mi­la­res a es­te, y al­gu­nos tam­bién se han iden­ti­fi­ca­do co­mo ga­la­xias. Pe­ro ¿por qué es im­por­tan­te ob­ser­var­los? Pa­ra en­ten­der­lo de­be­mos re­tro­traer­nos has­ta ha­ce me­dio si­glo, cuando la cos­mo­lo­gía es­ta­ba en uno de sus mo­men­tos más ex­ci­tan­tes y dos hi­pó­te­sis com­pe­tían por ex­pli­car el origen del uni­ver­so.

La pri­me­ra era el big bang, una idea lan­za­da al rue­do cien­tí­fi­co por el sa­cer­do­te bel­ga Georges Le­maî­tre en los años 20 y pues­ta en ne­gro so­bre blan­co por el ucra­niano Geor­ge Ga­mow a fi­na­les de los 40. La se­gun­da, la teo­ría del es­ta­do es­ta­cio­na­rio, con­ta­ba con otro se­rio pa­la­dín: el ge­nial Fred Hoy­le. Es­te pos­tu­la­ba que el uni­ver­so era

EL COS­MOS SE CON­VIR­TIÓ EN UN MAR FRÍO DE HI­DRÓ­GENO Y HE­LIO

eterno y la ma­te­ria se crea­ba de ma­ne­ra in­ce­san­te.

En los años 60, las es­pa­das se­guían en al­to, pues to­da­vía no ha­bía prue­bas feha­cien­tes pa­ra de­can­tar­se por uno de los dos ban­dos en li­za. Fue en­ton­ces cuando el cos­mó­lo­go de Prin­ce­ton Ro­bert H. Dic­ke (1916-1997) se plan­teó la si­guien­te pre­gun­ta: si el uni­ver­so se ori­gi­nó con una ex­plo­sión, ¿no es po­si­ble que aún po­da­mos es­cu­char al­gún eco de aquel chu­pi­na­zo? Por al­gún la­do de­bía de ha­ber res­tos de ra­dia­ción.

UN MUN­DO IN­VI­SI­BLE DE FO­TO­NES Y PAR­TÍ­CU­LAS EN CO­LI­SIÓN

Dic­ke pro­pu­so a uno de sus es­tu­dian­tes, Jim Pee­bles, que se pu­sie­ra a cal­cu­lar lo que ve­ría­mos si real­men­te el cos­mos hu­bie­se na­ci­do de es­te mo­do, y de­du­jo que de­bía de exis­tir un fon­do de ra­dia­ción de mi­cro­on­das cu­brien­do to­do el es­pa­cio. Por esas ca­sua­li­da­des de la vi­da, en ese mis­mo mo­men­to es­ta­ba sien­do ob­ser­va­do y traía de ca­be­za a dos ra­dio­as­tró­no­mos de la com­pa­ñía Bell, Arno Pen­zias y Ro­bert Wil­son: el big bang aca­ba­ba de ga­nar la par­ti­da.

Pues bien, el rui­do de fon­do re­gis­tra­do por Pen­zias y Wil­son pro­vie­ne de cuando el uni­ver­so te­nía 300.000 años de edad. Has­ta ese mo­men­to, su his­to­ria se ha­bía ca­rac­te­ri­za­do por la mo­no­to­nía, úni­ca­men­te ro­ta por fo­to­nes cho­can­do con­tra el plas­ma que lle­na­ba el es­pa­cio; elec­tro­nes li­bres; y nú­cleos de hi­dró­geno y he­lio mo­vién­do­se a ve­lo­ci­da­des fre­né­ti­cas. La luz era in­ca­paz de es­ca­par de esas con­ti­nuas co­li­sio­nes, por lo que el cos­mos era opa­co a la ra­dia­ción.

Pe­ro la tem­pe­ra­tu­ra cós­mi­ca des­cen­dió lo su­fi­cien­te pa­ra que los nú­cleos de hi­dró­geno y he­lio atra­pa­ran los elec­tro­nes que vo­la­ban a su al­re­de­dor y se con­vir­tie­ran en áto­mos neu­tros, con lo que los fo­to­nes de­ja­ron de in­ter­ac­cio­nar con la ma­te­ria. Es­te mo­men­to de des­aco­pla­mien­to hi­zo que el uni­ver­so se vol­vie­ra trans­pa­ren­te: la luz pu­do es­ca­par y hoy la po­de­mos ver en for­ma de la ra­dia­ción en el ran­go de las mi­cro­on­das que per­mea el es­pa­cio. Es lo más an­ti­guo que po­de­mos ob­ser­var, pe­ro pa­ra­dó­ji­ca­men­te mar­ca el co­mien­zo de lo que se ha da­do en lla­mar la edad os­cu­ra del uni­ver­so.

LA FUER­ZA DE GRA­VE­DAD EM­PE­ZÓ A FA­BRI­CAR ES­TRE­LLAS Y GA­LA­XIAS

Por­que du­ran­te los si­guien­tes 500 mi­llo­nes de años se ins­ta­ló otra vez el abu­rri­mien­to. Los nú­cleos de hi­dró­geno y he­lio iban atra­pan­do los elec­tro­nes que has­ta ese mo­men­to se mo­vían li­bre­men­te por el es­pa­cio. El cos­mos, ca­da vez más frío a me­di­da que con­ti­nua­ba su ex­pan­sión, se con­vir­tió en un mar ga­seo­so com­pues­to por he­lio –una cuar­ta par­te– e hi­dró­geno –el res­to–, con tra­zas de be­ri­lio y de li­tio, el ele­men­to con el que se fa­bri­can las ba­te­rías de nues­tros dis­po­si­ti­vos elec­tró­ni­cos.

Una nie­bla os­cu­ra y opa­ca cu­bría to­dos los rin­co­nes. Y, sin em­bar­go, al­go se ges­ta­ba de­ba­jo de esa apa­rien­cia tan tran­qui-

la: la ubi­cua fuer­za de la gra­ve­dad ha­cía si­len­cio­sa­men­te su tra­ba­jo aglu­ti­nan­do la ma­te­ria, lo que dio lu­gar a una es­pe­cie de re­na­ci­mien­to cós­mi­co. Por fin en­tra­ron en es­ce­na es­tre­llas, ga­la­xias y cuá­sa­res, ob­je­tos me­ga­bri­llan­tes cu­yo mo­tor es un gran agu­je­ro ne­gro con una ma­sa de mi­les de mi­llo­nes de ve­ces la del Sol.

Aho­ra bien, ¿cuán­do se pro­du­jo la pri­me­ra des­car­ga crea­do­ra? El des­cu­bri­mien­to de GN-z11 y otras ga­la­xias an­ti­quí­si­mas nos in­di­ca que la edad os­cu­ra no lo fue tan­to. Lo que sí es cier­to es que 800 mi­llo­nes de años des­pués de la gran ex­plo­sión se ini­ció un pro­ce­so ace­le­ra­do de crea­ción que al­can­zó su cús­pi­de, con la ma­yo­ría de las es­tre­llas y ga­la­xias ac­tua­les ya for­ma­das, en­tre 4.000 o 5.000 mi­llo­nes de años des­pués.

Al igual que la bru­ma de la ma­ña­na se di­si­pa al al­ba, la luz de las pri­me­ras es­tre­llas cam­bió el as­pec­to del fir­ma­men­to. Los áto­mos de hi­dró­geno –el com­po­nen­te esen­cial de esa som­bra cós­mi­ca– per­die­ron sus elec­tro­nes y de­ja­ron de ser eléc­tri­ca­men­te neu­tros, es de­cir, se io­ni­za­ron. Por se­gun­da vez en su his- to­ria, los nú­cleos de hi­dró­geno vol­vían a que­dar­se so­los, sin su elec­trón gi­ran­do al­re­de­dor. Es­ta eta­pa de reio­ni­za­ción, co­mo la co­no­cen los as­tró­no­mos, ter­mi­nó por com­ple­to cuando el uni­ver­so cum­plió mil mi­llo­nes de años.

MU­CHOS CREEN QUE EL ORIGEN ES­TÁ EN LA LUZ DE LOS PRI­ME­ROS AS­TROS

Así fue la prehis­to­ria del cos­mos tal y co­mo se ha ido re­cons­tru­yen­do a par­tir de las po­cas pie­zas ob­ser­va­cio­na­les que po­see­mos. En­con­trar las ga­la­xias pio­ne­ras no so­lo pro­por­cio­na la emo­ción de con­tem­plar ob­je­tos na­ci­dos en los tiem­pos más re­mo­tos, sino que ayu­da­ría a re­sol­ver una in­cóg­ni­ta: ¿qué pro­vo­có la elec­tri

fi­ca­ción del cos­mos? Es más, ¿de dón­de pro­ce­día la in­gen­te ra­dia­ción ne­ce­sa­ria?

Co­mo ya he­mos apun­ta­do, la hi­pó­te­sis más acep­ta­da es que la luz ul­tra­vio­le­ta emi­ti­da por las pri­me­ras es­tre­llas pro­vo­có que el hi­dró­geno per­die­ra su elec­trón y pa­sa­ra de nue­vo a es­ta­do de plas­ma. Pe­ro una es­pa­da de Da­mo­cles pen­de so­bre es­ta hi­pó­te­sis: ¿real­men­te se for- J

LAS ES­TRE­LLAS FUGITIVAS QUI­ZÁ JU­GA­RON UN PA­PEL DE­CI­SI­VO

mó la can­ti­dad de as­tros ne­ce­sa­ria pa­ra con­se­guir­lo? Es más, aun­que las pri­me­ras ge­ne­ra­cio­nes emi­tie­ran su­fi­cien­te ra­dia­ción, ¿có­mo lo­gró es­ca­par es­ta del me­dio in­ter­es­te­lar sin ser ab­sor­bi­da? Por­que el he­cho es que de­bió de re­co­rrer enor­mes dis­tan­cias pa­ra reio­ni­zar el uni­ver­so a gran es­ca­la.

Al­gu­nos as­tró­no­mos su­gie­ren que la ex­plo­sión de es­tre­llas ma­si­vas en for­ma de su­per­no­vas creó bur­bu­jas enor­mes en el me­dio in­ter­es­te­lar, co­mo los agu­je­ros de un que­so gru­yer: por ahí pu­do es­ca­par la ra­dia­ción io­ni­zan­te. Otra al­ter­na­ti­va fue pro­pues­ta en 2012 por Char­lie Con­roy y Kaitlin Krat­ter en The As­trophy­si­cal Jour­nal. Es­tos as­tró­no­mos del Cen­tro de As­tro­fí­si­ca Har­var­dS­mith­so­nian su­gi­rie­ron que quie­nes desem­pe­ña­ron un pa­pel de­ci­si­vo fue­ron las lla­ma­das es­tre­llas fugitivas, que se ca­ta­pul­tan a ve­lo­ci­da­des de más de 30 km/s des­de la re­gión don­de na­cen y pue­den re­co­rrer va­rios mi­les de años luz an­tes de mo­rir. Se es­ti­ma que el 30 % de los as­tros mu­cho más ma­si­vos que el Sol en la Vía Lác­tea son de es­te ti­po.

Pa­ra Con­roy y Krat­ter re­sul­ta ra­zo­na­ble pen­sar que du­ran­te la in­fan­cia del cos­mos esa pro­por­ción era ma­yor, pues la ta­sa de for­ma­ción es­te­lar era tam­bién más ele­va­da. Por otro la­do, te­nien­do en cuen­ta que las ga­la­xias pri­mi­ge­nias te­nían me­nor ta­ma­ño que las ac­tua­les, los ob­je­tos fu­gi­ti­vos aban­do­na­rían con fa­ci­li­dad las zo­nas don­de sur­gie­ron –den­sa­men­te po­bla­das y ri­cas en gas– pa­ra al­can­zar re­gio­nes mu­cho más te­nues y, por con­si­guien­te, más trans­pa­ren­tes a la ra­dia­ción.

CUÁ­SA­RES Y AGU­JE­ROS NEGROS, PO­SI­BLES FUEN­TES DE RA­DIA­CIÓN

¿Bas­tó en­ton­ces con la ra­dia­ción ul­tra­vio­le­ta de las es­tre­llas? A Ra­chael Li­ver­mo­re, as­tro­fí­si­ca en la Uni­ver­si­dad de Te­xas, en Aus­tin, sí le sa­len las cuen­tas, co­mo aca­ba de pu­bli­car en The As­tro

phy­si­cal Jour­nal. Pe­ro no to­dos sus co­le­gas lo sus­cri­ben, pues pien­san que Li­ver­mo­re no ha eli­mi­na­do co­rrec­ta­men­te la luz de los cú­mu­los ga­lác­ti­cos que ha­cen un efec­to de len­te gra­vi­ta­cio­nal –ver recuadro en la pá­gi­na si­guien­te– y per­mi­ten ver los ob­je­tos muy le­ja­nos.

La bús­que­da con­ti­núa. Un equi­po de as­tro­fí­si­cos ja­po­ne­ses pu­bli­ca­ba en el mes de mar­zo pa­sa­do el des­cu­bri­mien­to de 33 cuá­sa­res has­ta diez ve­ces me-

nos luminosos que los co­no­ci­dos has­ta aho­ra. A pe­sar de la po­quí­si­ma luz que nos lle­ga de ellos, los in­ves­ti­ga­do­res es­tán con­ven­ci­dos de que van a cal­cu­lar cuán­ta ra­dia­ción ul­tra­vio­le­ta emi­ten los su­per­agu­je­ros negros que ali­men­tan tan­to esos ob­je­tos cua­sies­te­la­res co­mo el cen­tro de las ga­la­xias. Son can­di­da­tos muy pro­me­te­do­res.

Por si fue­ra po­co, Ri­chard Ellis, del Ob­ser­va­to­rio Eu­ro­peo Aus­tral (ESO), en Chi­le, ha pu­bli­ca­do un ha­llaz­go que de­ja­ba per­ple­jos a los as­tró­no­mos. Al ana­li­zar el es­pec­tro de la luz re­ci­bi­da des­de una de las ga­la­xias más re­mo­tas del cos­mos des­cu­brió que apa­re­cían lí­neas co­rres­pon­dien­tes al ni­tró­geno io­ni­za­do. ¡Y la ener­gía ne­ce­sa­ria pa­ra arran­car un elec­trón de es­te áto­mo es ma­yor que pa­ra io­ni­zar el hi­dró­geno! Se­gún Ellis, de­be ha­ber otra fuen­te ex­tra que la pro­por­cio­ne; él apues­ta, pre­ci­sa­men­te, por el su­per­agu­je­ro ne­gro de di­cha ga­la­xia.

LOS AS­TROS PRI­MI­TI­VOS ERAN MÁS CA­LIEN­TES Y BRILLANTES

En su opi­nión, la pri­me­ra po­bla­ción de es­tre­llas ma­si­vas y ca­lien­tes ali­men­tó el pro­ce­so de reio­ni­za­ción du­ran­te cien­tos de mi­llo­nes de años. Pe­ro con el tiem­po esos as­tros mu­rie­ron y los que vi­nie­ron de­trás ya no fue­ron ni tan ca­lien­tes ni tan brillantes, por lo que su ca­pa­ci­dad io­ni­zan­te es­tu­vo mer­ma­da. Aho­ra bien, du­ran­te to­do ese tiem­po los su­per­agu­je­ros negros del cen­tro de las ga­la­xias y los cuá­sa­res fue­ron cre­cien­do has­ta que to­ma­ron el re­le­vo.

¿Es plau­si­ble es­te nue­vo es­ce­na­rio? En ello tra­ba­ja Ste­ve Fin­kels­tein, de la Uni­ver­si­dad de Te­xas, en Aus­tin, que pre­ten­de de­ter­mi­nar teó­ri­ca­men­te cuán­tas es­tre­llas y agu­je­ros negros ma­si­vos con­tri­bu­ye­ron al pro­ce­so de reio­ni­za­ción en di­fe­ren­tes mo­men­tos de la his­to­ria del uni­ver­so. Mien­tras, las es­pe­ran­zas de la co­mu­ni­dad cien­tí­fi­ca es­tán pues­tas en el te­les­co­pio es­pa­cial Ja­mes Webb, el su­ce­sor del Hub­ble, que se­rá lan­za­do el pró­xi­mo año; qui­zá él nos dé la res­pues­ta de­fi­ni­ti­va.

Co­ra­zón explosivo. Re­crea­ción de un agu­je­ro ne­gro su­per­ma­si­vo, que ex­pul­sa gran­des can­ti­da­des de ra­dia­ción des­de el cen­tro de una ga­la­xia. Ha­llaz­gos re­cien­tes in­di­can que es­tas des­car­gas ener­gé­ti­cas pu­die­ron con­tri­buir a ilu­mi­nar el uni­ver­so en su pri­me­ra in­fan­cia.

¡Es­to se

ani­ma! Ela­bo­ra­da con los da­tos ob­te­ni­dos por el Very Lar­ge Te­les­co­pe (VLT), es­ta ima­gen re­pre­sen­ta el mo­men­to en que la luz de las pri­me­ras es­tre­llas em­pe­za­ba a abrir­se pa­so tí­mi­da­men­te en­tre la opa­ca bru­ma de hi­dró­geno y he­lio unos 600 mi­llo­nes de años des­pués del big bang. M. AL­VA­REZ / R. KAEHLER / T. ABEL / ESO

DE LA NIE­BLA AL FIR­MA­MEN­TO ES­TRE­LLA­DO El pe­rio­do de la edad os­cu­ra du­ró, apro­xi­ma­da­men­te, has­ta que el uni­ver­so cum­plió sus pri­me­ros 700-800 mi­llo­nes de años de exis­ten­cia. Des­pués fi­na­li­za­ría por com­ple­to la lla­ma­da reio­ni­za­ción, pro­ce­so me­dian­te el cual el gas que lle­na el uni­ver­so –prin­ci­pal­men­te hi­dró­geno– se trans­for­ma­ba en plas­ma io­ni­za­do. Ese es su es­ta­do hoy.

An­cia­na y re­mo­ta. Ima­gen de GN-z11, la ga­la­xia más le­ja­na ob­ser­va­da has­ta la fe­cha. Na­ció cuando el cos­mos te­nía 400 mi­llo­nes de años, ape­nas el 3 % de su edad ac­tual.

Ta­la­dros cós­mi­cos. Ex­plo­sio­nes co­mo la de la su­per­no­va Pup­pis A –en la ima­gen, re­ma­nen­te– pu­die­ron agu­je­rea­rel es­pa­cio pri­mi­ti­vo. Es­to ha­bría per­mi­ti­do cir­cu­lar a la ra­dia­ción ne­ce­sa­ria pa­ra io­ni­zar­lo.

Mu­cho ojo. Es­tá pre­vis­to que a par­tir de oc­tu­bre de 2018 el te­les­co­pio es­pa­cial Ja­mes Webb em­pie­ce a es­cru­tar los se­cre­tos del cos­mos más pri­mi­ti­vo. En la foto, seis de sus die­ci­ocho es­pe­jos.

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