Ver el universo visible e invisible

Telescopios del observatorio de Roque de los
Muchachos en La Palma de Gran Canaria.
(Foto de Bob Tubbs, Wikimedia Commons)

Hace 400 años, Galileo Galilei utilizó el telescopio, inventado un año antes probablemente por Hans Lippershey, para mirar a los cielos sobre Venecia, y cambió no sólo el mundo, sino todo el universo, al menos desde el punto de vista de la humanidad.

Los conceptos que el ser humano había desarrollado respecto del cosmos que lo rodea habían estado hasta entonces limitados únicamente por lo que se podía ver con el ojo desnudo en una noche despejada, lo que dejaba una enorme libertad para crear conceptos filosóficos que pudieran explicar las observaciones.

Las descripciones del cosmos cambiaban según la cultura y la época. Por ejemplo, para los indostanos, según el antiguo Rigveda, el universo vivía una eterna alternancia cíclica en la que se expandía y contraía, latiendo como un corazón. Esta idea se ajustaba a la creencia de que todo en el universo vive un ciclo permanente de nacimiento, muerte y renacimiento. Para los estoicos griegos, sin embargo, era una isla finita rodeada de un vacío infinito que sufría cambios constantes. Y para el filósofo griego Aristarco, la Tierra giraba sobre sí misma y alrededor del sol, conjunto rodeado por esferas celestiales que tienen como centro el sol, una visión heliocéntrica.

La cosmología que se había declarado oficialmente aceptada por el occidente cristiano era la de Claudio Ptolomeo, basada en el modelo de Aristóteles. En esta visión, el universo tiene como centro a nuestro planeta, inmóvil, rodeado por cuerpos celestiales perfectos que giran a su alrededor, y existe sin cambios para toda la eternidad.

Este modelo se ajustaba bien a la visión cristiana de la creación y el orden divino, y fue asumido como el aceptado en la Europa a la que Galileo sacudiría con su telescopio mediante el sencillísimo procedimiento de mirar hacia los cielos con el telescopio.

El telescopio de Galileo constaba simplemente de un tubo con dos lentes, una convexa en un extremo y una lente ocular cóncava por la que se miraba. Este telescopio se llamó “de refracción” precisamente porque refracta o redirige la luz para intensificarla y magnificarla. 59 años después, Newton erplanteaba el telescopio por medio de la reflexión de la luz, consiguiendo así un instrumento mucho más preciso.

Los telescopios de reflexión, o newtonianos, fueron la principal herramienta que tuvo la humanidad para la exploración del universo durante siglos. Permitió conocer mejor el sistema solar, ver más allá de él y comprender que ni la Tierra ni el Sol eran el centro del cosmos. La tecnología se ocupó de crear espejos cada vez más grandes y precisos para ver mejor y más lejos.

Pero hasta 1937, solamente podíamos percibir la luz visible del universo, un fragmento muy pequeño de lo que conocemos como el espectro electromagnético. En las longitudes de onda más pequeñas y de mayor frecuencia que el color violeta tenemos los rayos UV, los rayos X y los rayos gamma. En longitudes de onda más grandes que el color rojo y a frecuencias más bajas están la radiación infrarroja, las microondas y las ondas de radio.

En 1931, el físico estadounidense Karl Guthe Jansky descubrió que la Vía Láctea emitía ondas de radio, y en 1937 Grote Reber construyó el primer radiotelescopio, que era en realidad una gigantesca antena parabólica diseñada para recibir y amplificar ondas de radio provenientes del cosmos.

Lo que sobrevino entonces fue un estallido de información. El universo estaba animadamente activo en diversas frecuencias de radio, con fuentes de emisión hasta entonces desconocidas por todas partes. Surgían numerosísimos hechos que la cosmología tenía que estudiar para poder explicar.

Al descubrirse en 1964 la radiación de fondo de microondas cósmicas, empezaron a utilizarse los radiotelescopios para explorar el universo en esta frecuencia y longitud de onda. Si miramos el universo visible, el fondo es negro, sin luz, pero si lo miramos en la frecuencia de las microondas, hay un “resplandor” de microondas que es igual en todas direcciones y a cualquier distancia, asunto que resultó sorprendente.

El estudio del comportamiento del universo a nivel de microondas nos permitió saber que la radiación cósmica de fondo descubierta por Amo Penzias y Robert Wilson en 1964 era en realidad el “eco” del Big Bang, la gran explosión que dio origen al universo, y es una de las evidencias más convincentes de que nuestro cosmos tuvo un inicio hace alrededor de 13.800 millones de años.

Sin embargo, las microondas más cortas no pudieron ser estudiadas a fondo sino hasta 1989, cuando se puso en órbita el telescopio orbital Background Explorer. Las microondas más cortas son absorbidas por nuestra atmósfera, debilitándolas enormemente, mientras que en el espacio se las puede percibir y registrar con mucha mayor claridad.

La exploración espacial también permitió poner en órbita otros telescopios que detectaran niveles de radiación de los que nuestra atmósfera nos protege. Tal es el caso de los telescopios de rayos Gamma, que nos han permitido detectar misteriosas explosiones de rayos gamma que podrían ser indicación del surgimiento de agujeros negros por todo el universo.

Por su parte, los telescopios de rayos X también deben funcionar fuera de la atmósfera terrestre y nos informan de la actividad de numerosos cuerpos, como los agujeros negros, las estrellas binarias, y los restos de estrellas que hayan estallado formando una supernova.

El estudio del universo a nivel de rayos ultravioleta también debe hacerse desde órbita, mientras que los telescopios que estudian los rayos infrarrojos sí se pueden ubicar en la superficie del planeta, muchas veces utilizando los telescopios ópticos que siguen siendo utilizados por astrónomos profesionales y aficionados para conocer el universo visible.

Sin embargo, pese a la gran cantidad de información que los astrónomos obtienen de todo el espectro electromagnético, es lo visible lo que sigue capturando la atención del público en general. Cualquier explicación del universo palidece ante las extraordinarias imágenes que nos ha ofrecido el Hubble, que además de ver en frecuencia ultravioleta es, ante todo, un telescopio óptico. Liberado de la interferencia de la atmósfera, el Hubble nos ha dado no sólo información cosmológica de gran importancia para entender el universo... nos ha dado experiencias estéticas y emocionales profundas al mostrarnos cómo es nuestra gran casa cósmica.

Los telescopios espaciales europeos Aunque el telescopio espacial Hubble es en realidad una colaboración entre la NASA y la agencia espacial europea ESA, Europa también tiene un programa propio de telescopios espaciales. Apenas en mayo, se lanzaron dos telescopios orbitales que pronto empezarán a ofrecer resultados, el Herschel, de infrarrojos, y el Planck, dedicado a las microondas de la radiación cósmica.

Galileo, el rebelde renuente

Galileo Galilei, retrato
de Ottavio Leoni

En 2009, el Vaticano develará una estatua de Galileo Galilei en sus jardines, en capítulo más de un desencuentro originado en 1613 cuyos efectos siguen marcando a la ciencia y a la iglesia.

El choque que protagonizaron Galileo Galilei y la Inquisición a principios del siglo XVII es uno de los momentos más famosos de la historia del pensamiento científico, pero no siempre bien conocido, sino rodeado de leyendas y verdades a medias.

Nacido en Pisa, Italia, en 1564, Galileo Galilei se inclinó por las matemáticas llegando a ocupar la cátedra en su ciudad natal con apenas 25 años de edad. Tres años después, en 1592, fue a la Universidad de Padua, donde fue durante 18 años profesor de geometría, mecánica y astronomía, además de realizar importantes trabajos de investigación en física, matemáticas y astronomía que le llevaron a proponer algunos fundamentos esenciales del método científico, como la confianza en experimentos que pudieran ser analizados matemáticamente, la fidelidad a los experimentos aunque contradijeran creencias existentes, y la negativa a aceptar ciegamente la autoridad, implicando que se puede, y debe, cuestionar la autoridad si los datos la contradicen.

En 1608, basado en descripciones generales del telescopio inventado muy poco antes en Holanda, Galileo empezó a construir los propios para observar el cosmos. Así, el 7 de junio de 1610, descubrió tres pequeñas estrellas cerca de Júpiter, y durante las siguientes noches pudo observar que se movían, que al parecer pasaban por detrás de Júpiter, y reaparecían. No tardó en concluir que eran lunas en órbita alrededor de Júpiter, y el 13 de enero descubrió la cuarta. El anuncio de este descubrimiento, el de un cuerpo celeste alrededor del cual orbitaban otros, contradecía el modelo geocéntrico, según el cual todos los cuerpos del universo giraban alrededor de nuestro planeta. Sus datos fueron recibidos con suspicacia por astrónomos y filósofos, más cuando, en septiembre de ese año, describió las fases de Venus, similares a las de la Luna, lo que apoyaba al modelo heliocéntrico de Copérnico, señalando que el Sol era el centro del universo. Otras observaciones problemáticas de Galileo fueron las de las manchas solares y de las montañas y cráteres de la Luna. La filosofía vigente consideraba que los cielos eran la expresión de la perfección invariable de la creación, y para Aristóteles los cuerpos astronómicos eran esferas absolutamente perfectas, sin manchas ni irregularidades.

La descripción de sus observaciones astronómicas en sus obras El mensajero estelar de 1610 y Cartas sobre las manchas solares en 1613, abiertamente copernicana, iniciaron la controversia. En una prédica, el Padre Niccolo Lorini, fraile dominico y profesor de historia eclesiástica en Florencia, declaró que la idea copernicana violaba las escrituras. Galileo respondió en su Carta a Castelli, diciendo que las escrituras en no siempre debían interpretarse en sentido literal. El objetivo de Galileo era reconciliar a las escrituras con sus descubrimientos, pero Lorini mandó en 1615 a la Inquisición un ejemplar de la Carta a Castelli modificado a conveniencia para hacer más radical a Galileo, acompañado de sus observaciones compartidas por “todos los padres del Convento de San Marcos”. La Inquisición nombró a 11 teólogos para que calificaran el tema. Las proposición que debían evaluar eran “1. El sol es el centro del mundo y totalmente inamovible de su lugar” y “2. La tierra no es el centro del mundo, ni es inamovible, sino que se mueve en su totalidad, también con movimiento diurno”. Ambas proposiciones fueron rechazadas unánimemente por los calificadores, y consideradas contradictorias con las Sagradas Escrituras “en muchos pasajes”. El resultado fue comunicado a Galileo y se le ordenó abandonar los puntos de vista copernicanos.

Las consecuencias del decreto fueron diversas, entre ellas que la obra de Copérnico fuera incluida en el Index de libros prohibidos. Y la duda central que lo rodeaba era si la orden a Galileo fue solamente de no “sostener y defender” las ideas copernicanas aunque pudieran debatirse en términos hipotéticos, o si se le había exigido que “no enseñara” tales teorías, lo cual implicaba la prohibición de mencionarlas siquiera, incluso como malos ejemplos. Pero este problema se presentaría mucho después. Galileo, pese a todo, era miembro de la Academia de los Linces, la antecesora de la actual Academia Pontificia de las Ciencias, respetado profesor y un error teológico no implicaba un desastre. El Papa le garantizó a Galileo su seguridad, sus obras no fueron prohibidas y su posición académica y social se conservó.

Galileo obtuvo permiso formal de la Inquisición para realizar un libro que presentara una visión equilibrada de las teorías de Copérnico y de la iglesia, que fue su Diálogo referente a los dos principales sistemas del mundo, publicado en 1632 con gran éxito de ventas, adicionalmente. El libro era claramente parcial a la teoría de Copérnico, por lo que a los seis meses se suspendió su publicación y se ordenó al astrónomo comparecer ante el temible tribunal como sospechoso de herejía por haber violentado el mandato del que había sido objeto en 1616. Diez cardenales lo sometieron a un juicio paródico donde el tema no era la verdad o falsedad de las proposiciones de Copérnico, ese tema se había agotado en 1616, sino la desobediencia del astrónomo al publicar su nueva obra. Los evaluadores del Diálogo habían dictaminado que era parcial al copernicanismo, y antes del juicio mismo la iglesia ya había debatido qué hacer con el astrónomo. Aunque Galileo estaba dispuesto a cambiar de “opinión” y reconocer su “error”, los cardenales decidieron exigirle la abjuración del copernicanismo en un plenario del Santo Oficio, lo que ocurrió el 22 de junio de 1633. La sentencia fue que se prohibiera la circulación del Diálogo y que el astrónomo de casi 70 años fuera encarcelado sin plazo fijo a criterio de la inquisición. Entregado al embajador de Florencia, a fines de 1633 se le permitió lo que hoy se llamaría prisión domiciliaria en su granja de Arcetri, donde, ciego por sus observaciones del sol sin protección alguna para sus retinas, moriría en 1641.

Y en 1992... Habían pasado 376 años desde la decisión de los calificadores sobre la inaceptabilidad del heliocentrismo cuando, ante la Academia Pontificia de las Ciencias, el Papa reinante Juan Pablo II declaró oficialmente que Galileo tenía razón. Pero para ello no se basó en la evidencia científica apabullante reunida durante casi cuatro siglos, sino en las conclusiones de un comité nombrado por el Papa en 1979, mismo que decidió que la Inquisición había actuado “de buena fe” pero se había equivocado. Paradójicamente, el renacimiento llegaba al Vaticano.

Rarezas y sorpresas en el cielo

Uno de los primeros anuncios científicos de este año estuvo a cargo, de nuevo, de observaciones realizadas por el telescopio espacial Hubble. La astrónoma Duilia de Mello anunció que con el Hubble se habían descubierto inesperadas “burbujas azules”, cada una con un peso de decenas de miles de veces la masa de nuestro Sol, en el punto donde tres galaxias chocaron hace unos 200 millones de años. Acercándose, el Hubble vio que eran grupos de hasta 20.000 estrellas cada uno, y algunas de sólo 10 millones de años (nuestro Sol, por comparación, tiene una antigüedad de 4.600 millones de años). Hasta este momento, los astrónomos consideraban que el gas en los bordes de la galaxia no era lo suficientemente concentrado como para disparar la creación de estrellas, además de poder haber jugado un papel relevante en los primeros tiempos de nuestro universo. Es la última (hasta hoy) rareza que nos ofrece el universo en el que vivimos.

Al mirar al cielo, los que tenemos poca experiencia en la observación de cuanto ocurre sobre nuestras cabezas podemos extrañarnos –e incluso alarmarnos- al ver ciertos fenómenos que son, sin embargo, totalmente naturales. En su día, incluso cuando ya se podían predecir, los eclipses de sol y de luna eran dotados de significados mágicos, sobrenaturales y con frecuencia temibles, y más grave era la situación de los cometas, cuya aparición no es fácilmente predecible (salvo los casos excepcionales de cometas de apariciones periódicas en relativamente poco tiempo, como el Halley, que vuelve a pasar cerca del sol cada 75-76 años). En prácticamente todas las civilizaciones los cometas eran augurio de calamidades diversas.

No fue sino hasta que se inventó el telescopio y se desarrolló la comprensión del universo a partir de las ideas de Nicolás Copérnico que empezamos a entender genuinamente algunos aspectos del espacio que nos rodea, y con ello empezamos a encontrarnos con objetos que fueron, todos, rarezas en su momento. Las manchas del sol y las lunas de Júpiter, dos descubrimientos de Galileo, simplemente cambiaron de golpe y para siempre la idea del cosmos como un lugar que reflejara uno u otro esquema mitológico o religioso. Ideas falsas pero atractivas como la de la “música de los astros” y la relación geométrica entre las órbitas de los planetas quedaron atrás rápidamente. Entendimos que otros planetas pueden tener satélites, que nuestro sol es una estrella y que otras estrellas pueden tener planetas, que las estrellas se agrupan en galaxias de distintas formas y características y, sobre todo, vimos los enormes alcances de nuestra ignorancia, lo mucho que nos quedaba por saber sobre nuestro universo. Para seguir conociéndolo, a los telescopios de luz visible se añadieron otras herramientas como los radiotelescopios, los telescopios de infrarrojos y de microondas, los telescopios que huían de las distorsiones causadas por nuestra atmósfera para hacer observaciones más precisas desde una órbita alrededor de la Tierra.

Con todas estas herramientas la humanidad ha confirmado la visionaria afirmación realizada en 1927 por el brillante genetista y biólogo evolutivo J.B.S. Haldane: “No tengo dudas de que en realidad el futuro será muchísimo más sorprendente que cualquier cosa que yo pueda imaginar. Ahora, mi propia sospecha es que el universo no es sólo más extraño de lo que suponemos, sino que es más extraño de lo que podemos suponer”, y lo ha hecho encontrando asombrosas rarezas en el universo, objetos enormes, reales y que nos permiten hacernos muchas nuevas preguntas.

En 1950, se empezaron a descubrir fuentes de radio que no tenían un objeto visible correspondiente. Pero no fue sino hasta 1962 que se encontró la primera contraparte visible de estos extraños objetos, bautizados en 1964 como “cuásares”, objetos cuasi estelares. Siguió a esto la búsqueda de una explicación a su enorme potencia pese a su enorme lejanía cósmica, lo qeu se logró en 1970, y en 1979 se demostró mediante observación que las emisiones de los cuásares sufrían el efecto de “lente gravitacional” predicho por la relatividad einsteiniana. Hoy, hay consenso en considerar, salvo nuevos datos, que los cuásares son los discos de acreción o acumulación de materia que existen alrededor de los agujeros negros supermasivos presentes, al parecer, en todas las galaxias, o en la mayoría de ellas.

En 1967, en un observatorio británico, Jocelyn Bell y Antony Hewish detectaron en los rastros de datos del radiotelescopio una señal de radio que era perfectamente regular en su duración, el ciclo de su repetición y su procedencia. La primera idea que tuvieron fue que se trataba de ruido aleatorio, pero pronto vieron que no podía serlo y propusieron como otra explicación que la señal podría ser un radiofaro o una comunicación de una civilización extraterrestre, de modo que llamaron al emisor de la señal LGM-1, donde LGM son las siglas de Little Green Men, pequeños hombres verdes, tomándose un poco a chanza la posibilidad que ellos mismos sugerían. Pronto se determinó, sin embargo, que era otra cosa. Los astrónomos Thomas Gold y Fred Hoyle sugirieron que se trataba de una "estrella de neutrones" que giraba rápidamente. La idea de una estrella formada principalmente por neutrones, como resultado de la explosión de una estrella masiva en el cataclismo estelar que conocemos como supernova, había aparecido apenas en 1934. Los estudios demostraron, finalmente, que LGM-1 era efectivamente una estrella neutrónica girando rápidamente (una vez cada 1,377 segundos) y su movimiento era el responsable de la señal pulsante, por lo que se dio el nombre de pulsares a este tipo de estrellas que hoy sabemos que son la mayoría de las estrellas neutrónicas.

Y podemos estar muy seguros de que, al paso del tiempo, encontraremos rarezas que dejarán atrás los sueños de la ciencia ficción, en un universo extraño pero fascinante.

Una idea convertida en realidad El objeto estelar más extraño es el agujero negro. La probabilidad de su existencia se propuso por primera vez en 1783, pero hasta que tuvimos los conocimientos de la gravedad relativista se pudo dar un debate y estudios por los más relevantes físicos del siglo XX para determinar si podía o no haber agujeros negros, y cómo se comportarían. Lo que era sólo la hipótesis de un objeto tremendamente extraño, tan masivo y denso que ni la luz podía escapar de él, se fue perfilando como algo que debía existir en nuestro universo y algo que casi con certeza exista. Hoy, aunque no es posible detectar directamente un agujero negro, tenemos evidencias suficientes para considerar que hay uno en el centro de las galaxias más grandes... incluida la nuestra.