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Los mensajeros invisibles

2016-07-20T00:00:00 Enrique Pérez Montero

La luz es la principal fuente de información con que cuenta la ciencia en lo que se refiere a la astronomía. A pesar de las enormes distancias que separan unos astros de otros, la luz puede salvarlas trayendo su valioso mensaje sobre los objetos que la han emitido, absorbido o difractado. Los axiomas de la teoría de la relatividad imponen que la velocidad de la luz es el límite máximo para cualqier partícula en movimiento, con lo que no hay nada que pueda ir más rápido. Hoy en día incluso el inconveniente que suponía para los telescopios terrestres de no poder acceder a muchas de las frecuencias de la luz filtradas por la atmósfera terrestre ya ha sido solventado en las últimas décadas con el lanzamiento de observatorios espaciales. Éstos nos desvelan radiaciones invisibles al ojo humano y que permiten observar desde el centro de nuestra Galaxia en el infrarrojo, velado por el polvo del disco galáctico, hasta los eventos de formación estelar masiva que emiten en radiaciones muy energéticas y dañinas para la vida en la Tierra.

 

Parte de la radiación electromagnética queda bloqueada por la atmósfera. Los astrónomos emplean telescopios espaciales para captar esta radiación.

 

No obstante, aún hay muchos procesos físicos y fronteras espacio-temporales que no han podido ser estudidadas en detalle porque ni siquiera la luz puede franquearlas. Lo que ocurre en el interior de las estrellas ya no es un misterio para los astrónomos, pero sí lo son las leyes físicas y la relación entre el espacio y el tiempo en el interior de los agujeros negros o en los inicios del Universo, 300.000 años después de la Gran Explosión, cuando el espacio era aún opaco a la radiación luminosa.

En esos casos, otros mensajeros pueden ser de gran relevancia para los científicos para estudiar aquéllos fenómenos que la luz no puede ayudar a comprender. A veces se habla del “sonido del Universo” de manera metafórica para ilustrar la idea de que otra fuente de información ajena a la radicación luminosa puede viajar por el cosmos para ser analizada por los sentidos humanos y los detectores fabricados por el ser humano. A pesar de todo, dado que el sonido sólo puede transmitirse por un medio material, el espacio no ofrece ningún soporte a las ondas que nuestro sentido del oído puede percibir. Alternativamente, hay toda una serie de partículas materiales e incluso vibraciones del propio espacio-tiempo  que son emitidas por numerosos cuerpos físicos, al margen de los fotones luminosos, y ∫que son o podrían ser detectadas desde nuesro planeta para su interpretación.

Este es el caso de los rayos cósmicos, que son partículas subatómicas, en su mayoría núcleos atómicos desnudos, que se desplazan a gran velocidad. Desde el descubrimiento, en 1912 por Victor Hess, de que son más abundantes a mayor altitud, se sabe que la principal fuente de estas partículas es el propio Sol y las estrellas más cercanas de nuestra Galaxia.  No obstante, hay una categoría de rayos cósmicos, denominada de ultra-alta energía, que concentran en una sola partícula subatómica la misma energía cinética que podría tener una pelota de tenis en un saque y cuyo origen e incluso composición continúan siendo un misterio.

 

Victor Hess, el descubridor de los Rayos Cósmicos

 

La densidad y frecuencia de estos rayos cósmicos es muy bajay su detección se basa en colectores que ocupan grandes áreas de terreno, como el telescopio MAGIC en la isla de La Palma, y que enfocan su observación en la interacción de estas partículas con la atmósfera terrestre. Cuando estas partículas colisionan con los átomos de la atmósfera producen una lluvia de otras partículas que pueden moverse a mayor velocidad de la que tiene la luz en el aire, que es menor que en el vacío, lo cual produce una radiación ultravioleta muy característica que se denomina radiación de Cherenkov.

La emisión de estos rayos cósmicos de ultra-alta energía se piensa que puede estar asociada a estrellas masivas en explosión, estrellas de neutrones o agujeros negros supermasivos en el centro de otras galaxias.

De manera similar, los neutrinos son otra familia de partículas que, al margen de la radiación luminosa, también pueden difundirse por el espacio facío y transmitir un mensaje desde los objetos que los han emitido. Hasta hace poco se pensaba que estas partículas elementales no tenían masa y se desplazaban a la velocidad de la luz. Más recientemente, a pesar de la dificultad de su detección pues no interaccionan con la materia, se ha podido medir su masa gracias a detectores Cherenkov en tanques de agua enterrados a gran profundidad, como Super-Kamiokande en Japón,  y que han desvelado que son diez mil veces más ligeros que los electrones.  Experimentos muy recientes en el LHC del CERN han apuntado a velocidades superlumínicas de estas partículas, pero estos resultados parecen no ser seguros. Su masa y su velocidad les hacen, por tanto, ser improbable causa de la gran cantidad de materia osucra en torno a las que se formaron las galaxias. La gran cantidad de estos neutrinos durante las explosiones de supernova con que las estrellas masivas agotan su combustible nuclar y los vestigios fósiles de neutrinos de baja temperatura producidos tras la Gran Explosión pueden ser una fuente valiosa de datos sobre fenómenos físicos de origen astrofísico.

 

Super-Kamiokande, un detector de neutrinos en Japón que contiene 50 000 toneladas de agua pesada.

 

Finalmente, el caso que más repercusión está teniendo en este año es el de las ondas gravitacionales, cuya primera detección se ha producido de manera simultánea en los dos experimentos LIGO en Estados Unidos. En estos detectores se ha asociado una emisión de estas ondas con la fusión de dos agujeros negros a una distancia de 1.300 millones de años-luz de la Tiera. Las ondas gravitacionales son una predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein y se producen cuando una masa está acelerada, de igual manera que cuando una carga eléctrica se acelera produce una onda electromagnética, es decir, luz.  Esta onda gravitacional se manifiesta mediante una oscilación de las distancias perpendiculares a la dirección de propagación, pero el gran problema para su detección es su extrema debilidad, fruto en sí misma de la debilidad de la fuerza de la gravedad comparada con las otras fuerzas fundamentales de la naturaleza. Su detección ha sido posible gracias a una oscilación con una amplitud de una millonésima parte del diámetro de un protón en dos haces perpendiculares en interferencia de luz láser de 4 km de longitud.

Estas ondas se desplazan a la velocidad de la luz y podrían dar lugar a un nuevo tipo de astronomía capaz de desentrañar procesos como la dinámica de los agujeros negros o la teoría de la inflación, por la cual se piensa que el Universo sufrió un proceso acelerado de expansión justo después de la Gran Explosion que debería dar lugar a un fondo cósmico de ondas gravitacionales. Está en proyeto la construcción de nuevos detectores de ondas gravitacionales, mejorando su precisión aumentando la longitud de los brazos interferométricos e, incluso, lanzando al espacio estos detectores.

 

Histórica señal de la primera onda gravitacional detectada.

 

Así pues, aunque la radiación luminosa en sus distintas frecuencias es la principal fuente de información sobre lo que conocemos del Universo, otras fuentes como partículas elementales que se desplazan a velocidades cercanas a la de luz o las ondas gravitacionales comienzan a ser tenidas en cuenta, sin contar la pequeña ironía que supone al fin y al cabo que para detectarlas necesitemos de la luz a través de la radiación de Cherenkov o la interferencia de haces láser de gran longitud. Después de todo la luz siempre estará de nuestro lado

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