Imagen compuesta del cúmulo de galaxias CL0024+17 tomada por el telescopio espacial Hubble que muestra la creación de un efecto de lente gravitacional. Se supone que este efecto se debe, en gran parte, a la interacción gravitatoria con la materia oscura.
Por: Javier Belda.-
Me encuentro al atardecer en una terraza tomando un café frente a una playa del mar Mediterráneo. Es verano y a pesar del desastre de la pandemia la gente parece contenta y relajada en un día estival. Esta playa se encuentra ubicada en la zona sur del continente europeo. 200 millones de años antes, la playa daba al océano Tetis, el mismo que bañaba las costas de China. Distancias insignificantes para una pequeña esfera azul en una galaxia con millones de estrellas, entre las que se encuentra el Sol, a 26.000 años luz del turbulento núcleo de la galaxia Vía Láctea.
La idea incipiente de lo que posteriormente se llamó Pangea y del movimiento de los continentes fue de Francis Bacon en 1620, pocos años después de la representación del primer Atlas, líricamente nombrado Theatrum Orbis Terrarum (Teatro del Mundo).
(Imagen de Wikimedia commons)
Casi en simultáneo, entorno al 1610, Galileo postuló que la Vía Láctea estaba formada por millones de estrellas, confirmando las ideas de Aristóteles en el siglo IV a.C.
Cae la tarde y comienzan a aparecer las primeras estrellas. Desde un lugar poco iluminado en la noche pueden verse a simple vista 10.000 estrellas. Si una estrella fuera un grano de arena, 10.000 serían aproximadamente 3 cucharaditas de arena y 1 millón sería el equivalente a un cubo de arena. Con los datos actuales nuestra galaxia tendría un número de estrellas equivalente a 300.000 cubos de arena.
Hasta el 1 de enero de 1925 podría haber dado tranquilamente el último sorbo de mi taza de café fascinado por ese Universo, inmenso pero asumible. No porque la Vía Láctea sea fácil de asumir –con un diámetro de 200.000 años luz y más de 100 millones de agujeros negros, uno de ellos supermasivo en su centro– sino porque Edwin Hubble descubrió que la vecina Andrómeda no era una simple nebulosa cercana, sino otra galaxia.
El descubrimiento de Hubble fue posible gracias a Henrietta Leavitt, cuyo trabajo consistía en medir el brillo de las estrellas, una tarea meticulosa, pero sin el justo reconocimiento respecto a los varones de finales del siglo XIX.
Allí estaban las estrellas Cefeidas dando un pulso de luz, como el faro costero que diviso a lo lejos. Se descubrió entonces que había 3 galaxias expírales gigantes vecinas: Andrómeda, la Vía Láctea y la galaxia del Triángulo, en el llamado Grupo Local formado por más de 40 galaxias.
A ver donde iba a terminar esto entonces… se preguntaban los astrónomos del siglo XX. La ciencia era un hervidero de paradigmas cayendo y emergiendo.
En la década del 70 se estableció de modo preciso que el Grupo Local formaba parte del supercúmulo de Virgo que contenía unas 100 agrupaciones galácticas [1].
En nuestro siglo XXI se vio que iba a resultar demasiado detallista ir concibiendo un sinfín de matrioskas del Universo visible, siendo que este, a fin de cuentas, es bastante igual en todas partes. La diferencia se basó en el movimiento de las galaxias. Entonces, se definió a Laniakea, que comprende de 300 a 500 agrupaciones galácticas, que marchan juntas en una dirección.
El tamaño de Laniakea es de 160 Mpc [2], mientras que el tamaño global del Universo Observable se estima en 28.500 Mpc. A esta escala el Universo es homogéneo e isótropo, una red granulada indiferenciada. [3] En ese nivel las estrellas contenidas son 7×1022.
Mi paseo en la orilla de la playa resulta insuficiente para establecer un símil con lo que tengo a mi alrededor, ya que ahora debería incluir también a los granos de arena de los desiertos, además de todas las playas de la Tierra para llegar a la cifra de 7 seguido de 22 ceros. [4]
Más allá del Universo Observable [5] se encuentran las regiones no observables desde donde todavía no ha llegado la luz a la Tierra.
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Ya en el largo paseo marítimo sigo caminando, pues esto es lo que hacemos los seres vivos, ir de un lado para otro. Se supone que eso es el motor de la economía, que nos movemos, y se dice que por ello estamos experimentando esta crisis profunda que nos hace estar detenidos.
Toda Laniakea se dirige a un lugar de gran concentración de galaxias denominado el Gran Atractor. Este movimiento únicamente se podía explicar mediante la atracción gravitatoria, pero la masa que se puede observar no es lo suficientemente grande como para ejercer ese tipo de atracción. El fenómeno ocurre por todas partes, cada galaxia está desafiando a la gravedad con trayectorias imposibles para la física tradicional.
En 1933 Fritz Zwicky propuso la existencia de una masa no visible que influía en las velocidades orbitales. Ha sido definida como la responsable de la estructura de red del Universo. Para la astrofísica moderna resulta imprescindible la presencia de esta materia muy masiva a la que se denominó Materia Oscura.[6]
Busco en mi móvil y encuentro que, a 300 kilómetros en línea recta desde aquí está el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, en el Pirineo Aragonés. En la página del LSC se lee:
El Universo está dominado por una materia no convencional, que no emite luz y que interacciona gravitatoriamente con la materia convencional. La composición de esta Materia Oscura es actualmente un misterio, cuya resolución es uno de los retos más importantes de la cosmología y la física de partículas actuales. Se sabe que ninguna de las partículas fundamentales conocidas puede componer la Materia Oscura y por tanto su búsqueda supone también la búsqueda de física más allá del modelo estándar de partículas elementales. Una de las hipótesis más atractivas es que la Materia Oscura esté compuesta de partículas masivas de interacción débil, conocidas como WIMPs. Tanto el LHC del CERN como multitud de experimentos en laboratorios de todo el mundo intentan detectar estas partículas, y lograr así lo que sería un descubrimiento revolucionario, hasta la fecha sin éxito. [7]
¿Será hoy, tal vez mañana, que se logren detectar partículas de esta extraña materia? Estaremos atentos…
Entre las densas nubes atrapadas por las montañas emerge la estación ferroviaria de Canfranc, en los últimos 50 años congelada en el tiempo. Allí se encuentra el viejo túnel de Somport que conecta con Francia y donde se halla el laboratorio. El LSC es otra de esas extrañas máquinas, protegido de las radiaciones cósmicas a 850 metros de profundidad respecto al pico del monte Tobazo. El aspecto onírico del complejo y un siglo de historia ha inspirado a novelistas y cineastas.
pixabay
El problema del movimiento de los objetos cósmicos no ha hecho más que empezar, porque todo el Universo –sin mediación de economía– además de moverse se expande. Nuevo espacio se está generando constantemente. Si esto ocurriera en nuestra dimensión las baldosas del paseo marítimo aumentarían haciendo de mi recorrido una experiencia extenuante, sin poder alcanzar nunca una meta. Sería algo muy extraño, casi paranormal.
Se usa mucho la expresión crecimiento exponencial para referirse a la pandemia del covid-19. Pero un verdadero crecimiento exponencial es el que se está produciendo en la expansión del espacio.
Paso junto a una farola y veo delante de mí la siguiente, a unos 50 metros. Si de pronto ese espacio se duplicara por arte de magia, la siguiente farola se encontraría a 100 metros. Ya no valdría ir caminando relajadamente para dar alcance a la siguiente farola, ahora tocaría aligerar el paso. En la siguiente duplicación la farola está ya a 200 metros, ahora toca correr. ¿Pero qué ocurre si la farola se encuentra en los confines del Universo? Ocurre que podría ir más deprisa que la velocidad de la luz si todo ese espacio se duplica. Eso es exactamente lo que le está sucediendo a la expansión del Universo, motorizada por la Energía Oscura.
La historia de esta energía es breve y enigmática. Algunos físicos empezaron a teorizar que había una componente adicional en nuestro universo causante de su expansión. El primero de ellos fue Albert Einstein con su incómoda constante cosmológica. Después, en 1970 Alan Guth propuso que un campo de presión negativa podría conducir a la inflación cósmica en el universo pre-primigenio. El término Energía Oscura fue acuñado por Michael Turner en 1998. Esto dio como resultado el modelo cosmológico actual ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter).[8]
Al aplicar la fórmula de Einstein E=mc2 para cuantificar a la materia energéticamente se obtiene que el Universo visible está compuesto por un 70% de Energía Oscura, un 25% de Materia Oscura y un 5% de materia y energía bariónica clásica.
Volviendo de regreso del paseo, a lo largo de la avenida marítima sendas hileras de farolas se adentran en la noche. Cuanto más lejos están más rojiza se ve su luz. Pero aquí estoy yo, en este punto justo, en el centro del Universo.
Todo este extraño mundo que vamos descubriendo contiene a un ser inteligente en constante transformación. La evolución, siempre en tendencia a generar formas más complejas, ha producido al ser humano y ahora nosotros levantamos nuestra mirada para ver a la evolución. Ignoramos lo qué sabremos en 10 años más, así como las nuevas preguntas que nos haremos… seguramente será exponencial. Comprendo entonces que el Universo adquiere sentido porque genera seres capaces de observarlo. ¿Qué sentido tendría un Universo no consciente de sí mismo?
[1] Una agrupación galáctica es una superestructura cósmica formada por miles de galaxias.
[2] Megaparsec (Mpc). Unidad de distancia que equivale a unos 3,26 millones de años luz. Un megaparsec es un millón de parsecs (3,26 años luz).
[3] El principio cosmológico es una hipótesis fundamental de la cosmología moderna, basada en un número creciente de indicios observables. Afirma que en escalas espaciales suficientemente grandes el Universo es isótropo y homogéneo.
[4] La afirmación proviene del astrónomo estadounidense Carl Sagan.
[5] “El Universo Observable o local es tan solo aquella pequeña parte que podemos detectar del Universo total. Al tener una geometría plana, ha supuesto que como mínimo el Universo total sea mucho más grande”. Greene, Brian. La realidad oculta: Universos paralelos y las profundas leyes del cosmos. Grupo Planeta (GBS). 2011
[6] La Materia Oscura fría no es Energía Oscura, materia ordinaria (bariónica), ni neutrinos. Su nombre hace referencia a que no emite ningún tipo de radiación electromagnética (como la luz). No interacciona con la materia ordinaria excepto mediante la gravedad.
[7] https://lsc-canfranc.es/materia-oscura/
[8] ΛCDM representa el modelo de concordancia del Big Bang que explica las observaciones cósmicas de la radiación de fondo de microondas, así como la estructura a gran escala del universo y las observaciones realizadas de supernovas. Hoy es la explicación de la aceleración de la expansión del Universo que está de acuerdo con las observaciones.
