jueves, 6 de octubre de 2011

Nobel, supernovas y expansión del Universo


Esta vez, el Premio Nobel de Física fue para la cosmología: la Real Academia de Ciencias de Suecia decidió que sería para Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt, tres astrónomos que en las dos décadas finales del siglo pasado encontraron evidencias de que la expansión del Universo se acelera, mediante la observación de supernovas lejanas.
La expansión del Universo es todo un tema de la cosmología (y la cosmovisión) actual. Su descubrimiento se remonta a los años ‘20 del siglo pasado y al nombre del astrónomo norteamericano Edwin Hubble, quien, estudiando meticulosamente las galaxias, determinó que todas ellas se estaban alejando de la nuestra (la Vía Láctea) más rápido cuanto más lejos estaban. La deducción se fundó en el análisis de la luz que nos llegaba de ellas, que aparece “corrida hacia el rojo”. El corrimiento del rojo de la luz es como el corrimiento hacia los graves de un sonido cuya fuente se aleja (por ejemplo, el ulular de una ambulancia). Análogamente, si la luz de las galaxias lejanas aparecía marcadamente corrida hacia el rojo, sólo podía significar que todas esas galaxias se alejaban de nosotros.
Naturalmente, este alejamiento no era producto de una generalizada paranoia universal hacia nosotros: la impresión se debía simplemente a que éramos nosotros quienes observábamos; la verdad de la milanesa es que cualquier observador, en cualquier galaxia, vería lo mismo; en realidad lo que ocurre es que todo el Universo, el espacio mismo, está creciendo y se expande. Algunos cosmólogos como Friedman o Lemaitre lo habían adelantado, manipulando las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad de Einstein (1915-17), que describen el comportamiento del Universo a gran escala. Hubble encontró, además, una relación simple entre la distancia y la velocidad de retroceso de una galaxia: la justamente llamada constante de Hubble (H) y que hoy se estima en unos 72 km por segundo por megaparsec (1 megaparsec equivale a 3,26 millones de años luz). Lo cual significa que una galaxia situada a esa distancia huye a una velocidad de 72 km por segundo, y una situada a 3 mil millones de años luz de distancia se está alejando a la nada despreciable velocidad de 72 mil kilómetros por segundo... ¡más de un cuarto de la velocidad de la luz! (y no vamos a traer ahora a colación el desgraciado tema de los neutrinos).
Pero el descubrimiento de la expansión del Universo tenía una derivación sensacional: las galaxias no podían haberse estado separando desde siempre; si ahora se alejaban, tenían que, en el pasado, haber estado muy juntas. Y más atrás aún era forzoso que estuvieran concentradas, formando algún tipo de conglomerado muy pequeño y denso que, de alguna forma, había empezado a crecer hasta dar el Universo actual. Nacía así el grandioso esquema del Big Bang, que se convertiría, hacia los años ’60, en la gran (y única) teoría general sobre la evolución del Universo.
Pero si bien la teoría del Big Bang decía mucho (a trancas y barrancas, parches y correcciones, es preciso decir) sobre el origen del Universo, no daba demasiadas pistas sobre su final. ¿El Universo se seguiría expandiendo por siempre, o en cierto momento la fuerza de gravedad universal volvería a juntar todo en una especie de gran implosión (Big Crunch)? ¿La expansión se estará frenando, o sigue su ritmo constante e implacable?
Ni una cosa ni la otra. Y es aquí donde interviene el trabajo de los premiados ayer: los dos equipos en los que trabajaban, estaban buscando supernovas lejanísimas, justamente, para medir el estado de la velocidad de expansión, con la esperanza de que ésta se estuviera deteniendo.
¿Por qué supernovas? Las supernovas son pavorosas explosiones en las que una estrella estalla, lanza todo su material al espacio, brilla por un tiempito como una galaxia entera (esto significa que su brillo puede aumentar 100 mil millones de veces) y luego se extingue. Ahora bien: la detección de supernovas en galaxias lejanas permite estimar la distancia a la que están, comparando el brillo de las supernovas de allí con las que se producen en galaxias cercanas y cuya distancia se conoce.
Y bien: si la expansión se estuviera deteniendo, las galaxias en cuestión deberían estar un poco más cerca que lo que da el cálculo con una expansión constante. Pero, muy por el contrario, encontraron que las galaxias estaban más lejos de lo esperado. Esto es: la expansión se estaba acelerando.
Los dos equipos de investigación barrieron los cielos para avistar supernovas distantes, al límite de lo visible. Buscaban supernovas del tipo Ia (estas supernovas nacen de sistemas en el que una estrella “enana blanca”, una estrella pequeña y densísima); por su gravedad, toma materia de otra estrella del sistema hasta crecer lo suficiente como para ser inviable y dar lugar a una pavorosa explosión (la explosión es el paso final en el ciclo de vida de la “enana blanca”, que se forma cuando una estrella ya no tiene más combustible en su núcleo, es decir, cuando todo el hidrógeno y el helio se consumió en la reacción nuclear y sólo queda carbono y oxígeno; es el destino de nuestro Sol).
Y así fue cómo los tres nuevos Nobel encontraron 50 supernovas distantes cuya luz resultaba bastante más débil de lo esperado, o precisamente lo contrario de lo que esperaban. Si la expansión del Universo se estuviera ralentizando, la supernova debería aparecer más brillante. En cambio, la pérdida de intensidad indicaba que las supernovas se estaban alejando cada vez más rápido, insertas en sus galaxias.
Ese es el resultado empírico, sobrecogedor, por cierto... Pero, ¿qué es lo que está acelerando la expansión del Universo? En sus ecuaciones, Einstein proponía la existencia de una fuerza antigravitacional que contrarrestara la fuerza gravitacional de la materia y entonces mantuviera el equilibrio. Una especie de tire y afloje por los límites del Universo. Esa fuerza antigravitacional hoy en día es conocida como energía oscura y representa uno de los grandes enigmas de la física actual. La energía oscura vendría a ser, precisamente, aquella que incentiva la expansión del Universo.
Entonces, la historia final de este descubrimiento vendría a ser algo así. La energía oscura conforma ahora una gran parte del Universo, más del 70 por ciento. La expansión del Universo comenzó con el Big Bang hace 14 mil millones de años, y fue constante durante un buen tiempo (eso del buen tiempo es hablar de algunos miles de millones de años). Pero a medida que la materia se diluyó por la expansión, la energía negra se volvió dominante, y la expansión se comenzó a acelerar.
¿Hasta cuándo? ¿Y qué es la energía oscura?
Nadie lo sabe. Son preguntas cuyas respuestas conducirán a nuevos premios Nobel, con seguridad.