Por: Tomás Unger
Diario El Comercio.- Hace más de 80 años sabemos que el universo está en expansión; lo que no sabíamos hasta 1998 era que la expansión se estaba acelerando. En aquella oportunidad informamos sobre este descubrimiento que se debe a la observación de supernovas y plantea grandes incógnitas. Los descubridores acaban de hacerse acreedores al Premio Nobel de Física.
LOS EQUIPOS
Hace trece años dos equipos de científicos, en forma independiente, anunciaron un descubrimiento inesperado que plantea una serie de incógnitas, al que la revista “Science” llamó el descubrimiento crucial de 1998. El equipo del laboratorio Lawrence Berkeley, dirigido por el físico S. Perlmutter y, por otro lado, los astrónomos encabezados por el australiano Brian Schmidt con Adam Riess, de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore, estudiaron los objetos más lejanos visibles del universo, las supernovas, para establecer parámetros que permitan medir su distancia y velocidad.
Hace trece años dos equipos de científicos, en forma independiente, anunciaron un descubrimiento inesperado que plantea una serie de incógnitas, al que la revista “Science” llamó el descubrimiento crucial de 1998. El equipo del laboratorio Lawrence Berkeley, dirigido por el físico S. Perlmutter y, por otro lado, los astrónomos encabezados por el australiano Brian Schmidt con Adam Riess, de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore, estudiaron los objetos más lejanos visibles del universo, las supernovas, para establecer parámetros que permitan medir su distancia y velocidad.
LAS SUPERNOVAS
Una supernova (ver esta página del 17 de junio de 1997) es la explosión más espectacular que se da en el universo, y que puede alcanzar por breve tiempo la luminosidad de una galaxia con 100.000 millones de estrellas. Su brillo se puede generar de dos maneras: la tipo I, es la explosión termonuclear de una estrella enana blanca; la tipo II, es el colapso catastrófico de una estrella masiva que ha agotado su combustible nuclear. Ambas explosiones siguen un proceso que pasa por varias etapas en las que produce los elementos pesados que luego forman nuevas estrellas y planetas.
Una supernova (ver esta página del 17 de junio de 1997) es la explosión más espectacular que se da en el universo, y que puede alcanzar por breve tiempo la luminosidad de una galaxia con 100.000 millones de estrellas. Su brillo se puede generar de dos maneras: la tipo I, es la explosión termonuclear de una estrella enana blanca; la tipo II, es el colapso catastrófico de una estrella masiva que ha agotado su combustible nuclear. Ambas explosiones siguen un proceso que pasa por varias etapas en las que produce los elementos pesados que luego forman nuevas estrellas y planetas.
Los metales pesados que forman la corteza terrestre provienen de una supernova. Arrojados al espacio, eventualmente se juntan para formar sistemas solares como el nuestro. Las supernovas ocurren en una galaxia aproximadamente cada cien años; en la nuestra la última fue la de 1604, que, registrada por Tycho Brahe y Kepler, inspiró a Shakespeare para escribir “Hamlet”.
En nuestra generación pudimos ver la del 23 de febrero de 1987, aunque no ocurrió en nuestra galaxia sino en la nube Magallánica, una de nuestras galaxias satélites, a 160 mil años luz de distancia. Aunque es una distancia mayor que toda nuestra galaxia, astronómicamente es ‘aquí nomás’, por lo que pudo verse por varios días sin telescopio. Si bien las supernovas no son tan frecuentes en nuestra galaxia, en el universo ocurren a razón de 10 veces por segundo.
LAS DISTANCIAS
Como los dos tipos de supernova y su magnitud son homogéneos a través del universo, son un excelente parámetro para medir distancias. A principios de siglo, las estrellas cefeidas, que fluctúan periódicamente de magnitud, sirvieron para medir distancias relativamente cercanas. La astrónoma Henrietta Swan-Lewitt descubrió que su magnitud absoluta coincide con su período de variación y que, conociendo su magnitud absoluta, por su magnitud relativa se podía calcular su distancia.
Como los dos tipos de supernova y su magnitud son homogéneos a través del universo, son un excelente parámetro para medir distancias. A principios de siglo, las estrellas cefeidas, que fluctúan periódicamente de magnitud, sirvieron para medir distancias relativamente cercanas. La astrónoma Henrietta Swan-Lewitt descubrió que su magnitud absoluta coincide con su período de variación y que, conociendo su magnitud absoluta, por su magnitud relativa se podía calcular su distancia.
Desgraciadamente las cefeidas son demasiado débiles para ser observadas en galaxias lejanas. A cientos de millones de años luz es imposible resolver estrellas individuales al punto de conocer su magnitud. Sin embargo una supernova, que tiene la brillantez de hasta miles de millones de soles, es visible aun cuando se produce en una galaxia muy distante, lo que permite determinar qué clase de supernova es y conocer su magnitud.
Al conocer la magnitud absoluta de la supernova, se puede estimar la distancia de la galaxia en la cual se ha producido. Con nuevos telescopios y el Hubble en el espacio, nuestra capacidad de observar objetos muy lejanos ha aumentado, lo que nos ha permitido observar galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz.
CÁMARAS
Como hay miles de millones de galaxias, a pesar de que no se producen con frecuencia, las supernovas ocurren constantemente en el universo. Esto ha permitido a los astrónomos una observación permanente del cielo con cámaras provistas de CCD (dispositivos de carga acoplada) en vez de película. El CCD equivale a una retina electrónica con 100 millones de píxeles (puntos sensibles a la luz), que digitalizan la imagen.
Como hay miles de millones de galaxias, a pesar de que no se producen con frecuencia, las supernovas ocurren constantemente en el universo. Esto ha permitido a los astrónomos una observación permanente del cielo con cámaras provistas de CCD (dispositivos de carga acoplada) en vez de película. El CCD equivale a una retina electrónica con 100 millones de píxeles (puntos sensibles a la luz), que digitalizan la imagen.
De esta manera se han registrado, cada cierto tiempo, imágenes digitales de miles de galaxias. Las imágenes se sobreponen y se resta todo aquello que no ha variado. Si en el tiempo trascurrido ha ocurrido una supernova, aparecerá nítidamente en la imagen. Por la luminosidad y el espectro de la supernova se puede determinar a qué distancia se encuentra la galaxia y a qué velocidad se está alejando.
VELOCIDAD
Como hemos visto anteriormente (ver esta página del 1 de octubre del 2001), cuanto más lejanas las galaxias, más rápido se alejan. Dimos como ejemplo las distancias en la Tierra. Si esta fuera un globo que duplica su perímetro en una hora, Huacho, que está a 100 km, estaría a 200 km y Piura, que está a 1.000 km, estaría a 2.000 km. Por consiguiente, la velocidad de Huacho sería 100 km por hora y la de Piura, 1.000 km por hora.
Como hemos visto anteriormente (ver esta página del 1 de octubre del 2001), cuanto más lejanas las galaxias, más rápido se alejan. Dimos como ejemplo las distancias en la Tierra. Si esta fuera un globo que duplica su perímetro en una hora, Huacho, que está a 100 km, estaría a 200 km y Piura, que está a 1.000 km, estaría a 2.000 km. Por consiguiente, la velocidad de Huacho sería 100 km por hora y la de Piura, 1.000 km por hora.
Esto sería el caso de una expansión uniforme pero, para sorpresa de los físicos y astrónomos, ambos llegaron a una conclusión sorprendente: la expansión del universo se acelera. En otras palabras, el universo se expande cada vez más rápido, lo cual no tiene hasta ahora una explicación.
Lo lógico sería que, debido a la gravedad, la expansión se frenara gradualmente hasta detenerse y reiniciar el proceso inverso: el colapso. Sin embargo, las recientes medidas de la radiación de fondo, las microondas residuales del Big Bang que originó el universo, confirman la expansión acelerada. Esto ha dado lugar a varias hipótesis, siendo una de ellas la presencia de una fuerza antigravitacional llamada energía oscura.
Esta es la única explicación hasta ahora, aunque no existe manera de comprobarla. Anteriormente los astrónomos ya han planteado la existencia en el universo de materia oscura, masa indetectable con nuestros medios de observación, indispensable para explicar el equilibrio dinámico de las galaxias.
A raíz del descubrimiento de los ganadores del Nobel, Perlmutter, Schmidt y Riess, surge la hipótesis de una fuerza antigravitacional, que acelera la expansión del universo, fenómeno sin explicación que la observación de las supernovas ha confirmado. Según los astrofísicos, el universo tiene 13.700 millones de años y solo un 4,4% es materia que conocemos (compuesta de átomos), cerca del 23% es materia oscura y el 73% restante sería la misteriosa energía negra.
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