ESPACIO

Leyendo el universo "entre líneas"

Es mucha la información que se nos puede escapar en un mensaje cuando no leemos más allá de lo evidente. También en el espacio, una atenta lectura "entre líneas", o mejor "entre galaxias", descubre sorprendentes datos sobre el universo.

En la historia de la Astronomía, los objetos más brillantes acapararon pronto la atención de los científicos que miraban al cielo en busca de respuestas. Sin embargo, a medida que la investigación avanzaba, se comprobó que aquellos cuerpos luminosos eran diminutas "cabezas de alfiler" en relación con el universo entero. "Siempre entendemos el universo a partir de nuestras percepciones, pero conforme vamos estudiando y comprendiendo mejor lo que nos es visible, podemos descubrir que hay otras cosas invisibles, o quizás más difíciles de detectar, que son igualmente importantes - señala Jordi Miralda-Escudé, científico de origen catalán que investiga en el Departamento de Astronomía de la Universidad Estatal de Ohio, en Estados Unidos - . Así, nuestra visión del cosmos empezó como un universo de galaxias en la década de 1920, con los descubrimientos de Edwin Hubble de que las nebulosas espirales son galaxias como la Vía Láctea, y de que este universo de galaxias está en expansión. Las galaxias, como objetos que podemos ver a partir de la luz que emiten, son el constituyente esencial del universo que guía nuestra investigación".

"Fue en la década de 1970 - continúa el doctor Miralda - cuando nos dimos cuenta de que la mayor parte del universo está constituido por materia invisible, cuya presencia se deduce solamente a partir del efecto gravitatorio sobre las galaxias". Esta "materia oscura" intergaláctica, esparcida por el espacio que separa unas galaxias de otras, está constituida por materia "ordinaria" o "normal", formada por simples átomos hechos, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Unos elementos que apenas se encuentran formando estrellas o cuerpos celestes dentro de las galaxias, y que, sin embargo, aportan información muy valiosa sobre el pasado, el presente e, incluso, el futuro del Universo.


Mirando lo invisible

¿Cómo observar entonces esa materia aparentemente "invisible" u oscura del Universo, que según se estima supone un 90% de su masa total? El método más utilizado en los últimos años ha sido la observación de cuerpos brillantes, generalmente cuásares lejanos. Los cuásares son los objetos más luminosos que existen en el universo, situados en los núcleos de galaxias muy distantes y capaces de alcanzar un brillo comparable al de mil galaxias juntas. Esa prodigiosa cantidad de luz es emitida cuando un agujero negro de gran masa engulle enormes cantidades de gas en el centro de la galaxia. "El cuásar sirve simplemente de faro, y al analizar su luz podemos detectar la huella de absorción de toda la materia que se encuentra interpuesta entre el cuásar y nosotros, a lo largo de la línea visual que recorre la luz", explica Jordi Miralda. Algo así como mirar las partículas de polvo flotando en el aire a través de un rayo de luz de miles de millones de años luz de longitud.

Para zambullirse en esa materia oscura, lo astrónomos necesitan sofisticados telescopios capaces de captar aquellas regiones del espectro electromagnético no percibidas por nuestros ojos (ultravioleta, infrarrojo, rayos X...) Esto sólo es posible cuando el instrumento de observación se sitúa en órbita, por encima de la atmósfera. De este modo se evita el efecto atmosférico de "filtro" de las radiaciones que, si bien hace posible la vida en la Tierra, también impide que llegue a su superficie gran parte de la información procedente del universo exterior. Analizando así el espectro de luz emitido por un cuásar, es posible estudiar la estructura y composición de la materia interestelar que atraviesa la línea visual, no por la radiación que emite (inexistente) sino por la que absorbe.

Otro de los métodos empleados para detectar la materia intergaláctica es el análisis de los cúmulos de galaxias, formados cuando una gran cantidad de materia colapsa gravitatoriamente. No solamente varias galaxias caen hacia el cúmulo, sino también el gas intergaláctico que se encontraba entre ellas antes del colapso. Ese colapso, que ocurre a velocidades de cientos de kilómetros por segundo, calienta el gas hasta varios millones de grados, lo que provoca la emisión de rayos X. Los rayos X son detectados por observatorios astronómicos en el espacio como el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.


La "sombra" del Big Bang

"Al principio, cuando el universo emergió del Big Bang inicial, toda la materia que existe actualmente era una sopa de las partículas elementales (protones, neutrones y electrones), esparcida uniformemente por el espacio - nos narra el doctor Miralda -. Durante los primeros tres minutos, la temperatura del universo era suficientemente alta para que tuvieran lugar reacciones nucleares. Esas reacciones transformaron una cuarta parte de la materia en helio. Luego, el universo se enfrió, dejaron de haber reacciones nucleares y la composición química quedó fijada". Elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno o el hierro, componentes de la Tierra y los seres vivos, se han formado posteriormente en el interior de las estrellas. Allí disponen de un tiempo superior a tres minutos y de densidades mucho más altas que las que había en el universo primitivo, cuando se formó el helio.

Sin embargo, el espacio intergaláctico mantiene aún aquella composición primordial del universo: tres cuartas partes de hidrógeno y una cuarta parte de helio. Esa materia no ha permanecido completamente intacta. Por ella han pasado, y no en vano, miles de millones de años de historia que han añadido a su composición una fracción muy pequeña de los elementos más pesados, probablemente "expulsados de las galaxias, donde se formaron estrellas, contaminando el medio intergaláctico".

A estas modificaciones en su composición se han ido sumando los cambios derivados del proceso conocido como "reionización". Según calculan los expertos, la materia intergaláctica formó átomos cuando el universo tenía aproximadamente 300.000 años de edad, una vez se hubo enfriado lo suficiente para que se combinaran protones y electrones. Pero cuando, más tarde, se formaron las primeras estrellas, la luz de éstas ionizó de nuevo la materia intergaláctica. Los protones y electrones que actualmente viajan por el espacio están tan separados unos de otros que es difícil que se encuentren y se combinen para formar nuevos átomos. Además, los escasos átomos de hidrógeno que se forman de nuevo por unión de un protón y un electrón libres vuelven a ser rápidamente ionizados por la luz de las galaxias y los cuásares distantes. Lo mismo ocurre con el helio. Según Miralda, "si un astronauta estuviera en un punto cualquiera del espacio intergaláctico, vería a su alrededor un cielo totalmente negro, excepto quizás por alguna nubecilla de luz apenas visible, que podría parecerse a la galaxia de Andrómeda tal como se ve desde la Tierra. Esa luz tan difusa y débil es capaz de ionizar toda la materia intergaláctica, que constituye la mayor parte de la materia ordinaria del universo".


Una malla de helio

Lejos de ser una masa de átomos e iones desordenada y dispersa, la materia interestelar está estructurada en forma de una malla de helio. Esta estructura, que hasta hace poco era tan sólo una sospecha, ha sido confirmada recientemente gracias a la combinación de la sensibilidad ultravioleta y la alta resolución del moderno telescopio espacial FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer). Las observaciones realizadas por el potente "ojo mecánico", que se daban a conocer este verano en la revista Science, han desenmascarado la extensa red que cubre todo el espacio intergaláctico.

"Hay ciertos puntos en el espacio donde se produce la mayor concentración de materia y se forman las galaxias - explica Jordi Miralda-Escudé, quien comentaba el hallazgo en la sección Perspectives de la publicación -. La materia que está más cerca de una galaxia cae directamente hacia ella. Pero en la región entre dos galaxias, la materia es atraída igualmente por ambas, formando un filamento entre las dos galaxias al no decidirse finalmente hacia qué lado caer". Los filamentos de helio se cruzan formando grandes mallas "invisibles" de gas ionizado que se extienden por todo el universo. Su origen se remonta a los momentos posteriores a la Gran Explosión, el Big Bang, que generó pequeñas inestabilidades gravitatorias capaces de "moldear" la materia en forma de redes.

Para Gerard Kriss, responsable del equipo de observadores del FUSE y astrónomo del Space Telescope Science Institute de Baltimore (EE.UU.), las galaxias visibles son sólo las cumbres de la estructura completa del universo primitivo. Las nuevas imágenes obtenidas por el telescopio espacial, dice Kriss, han permitido conocer también "las colinas y los valles" que forman ese universo, hasta ahora "invisible", pero sin duda mucho más extenso que el observable.

Además de descubrir la trama de helio que ocupa el espacio intergaláctico, los investigadores han tratado de determinar cuáles son las fuentes de energía responsables de la ionización de la luz. Para ello han comparado los registros de la absorción del hidrógeno intergaláctico, obtenidos por telescopios terrestres como los del Observatorio Keck, con el espectro de absorción de helio obtenido por el FUSE. Los resultados muestran que la fuente de energía es una mezcla de la emitida por cuásares y agujeros negros supermasivos y la luz generada en el nacimiento de nuevas estrellas.

Conocer la historia completa del hidrógeno y el helio intergalácticos ayudará a los científicos a escribir, capítulo a capítulo, cómo se produjo la evolución del universo desde aquella masa homogénea de partículas, originada a partir del estallido del Big Bang, hasta el universo tal y como lo conocemos hoy, con su diversidad de galaxias, estrellas, planetas, nebulosas, agujeros negros y otros objetos fascinantes.

Los astrónomos nos han enseñado que la información más importante se encuentra, a veces, en medio de la oscuridad. Y es que, parafraseando al novelista francés Henri Barbusse, puede que, al fin y al cabo, la oscuridad no exista, y que "lo que llamamos sombra no sea sino la luz que no vemos".

Autor: Elena Sanz | 2001