Hablemos de CIENCIA

Riess y Perlmutter estaban ya este año no solo entre los más populares en las porras para pronosticar los galardonados al Nobel de Física (ya el año pasado, el ranking que elabora Thomson Reuters a partir de lo que se publica había colocado a estos astrofísicos en primer lugar, pero el grafeno y la física de materiales ganó por la mano) sino que en primavera habían recibido la medalla de la Sociedad Albert Einstein de Berna y, ciertamente, su trabajo había ido sido reconocido en los últimos diez años: no es poco para quienes dieron un mazazo a lo que sabemos sobre el Universo.

A mediados de los 90 estaban en marcha ya la construcción de los telescopios que superarían los 10 metros de diámetro (el VLT de Cerro Paranal, en Chile, los Keck de Hawaii, el último es nuestro GTC de La Palma) pero además había una completa revolución en los sistemas de detección y análisis de la luz: ópticas capaces de adaptarse a las cambiantes condiciones de la atmósfera, sistemas de observación detallada múltiple…; el Telescopio Espacial Hubble, también, sumaba una nueva plataforma de observación del Universo más lejano, con capacidad de obtener datos que antes quedaban más allá de la capacidad de observación.

Toda una generación de astrofísicos formados en los años 80 estaba emprendiendo proyectos muy ambiciosos usando estos nuevos ojos más capaces, más sensibles, más detallistas. Ahora era posible ver más allá en el tiempo, y conocer con más detalle la vida de galaxias que, antes, solo eran un pixel de luz y ahora se podían resolver en imágenes, y medir en detalle. Los nuevos datos iban confirmando muchas de las observaciones anteriores y, a la vez, mostrando que el detalle general de la evolución cósmica, narrado por el modelo estándar que conocemos como «Big Bang» era acertado en su visión general, pero necesitaba pulirse en los detalles.

La idea general de la cosmología de los 90 mostraba un Universo que comenzó en un momento denso y caliente, hace más de 13 mil millones de años, comenzando a expandirse y sufriendo, en los primeros instantes, una enorme inflación que permitía explicar que, allá donde miremos, el Universo es bastante similar en todo: grandes vacíos con zonas donde se arraciman grupos de galaxias. La expansión parecía frenarse, pero la tasa de frenado no se podía definir bien. Ya para entonces, quedaba claro que además de la materia que vemos en forma de estrellas o nebulosas y formando galaxias había casi 10 veces más de una materia oscura, cuya luz no veíamos pero de la que medíamos su influencia gravitatoria.

Para poder medir realmente cómo había evolucionado el Universo era necesario poder, por ejemplo, ver si en las galaxias más lejanas, aquellas cuya luz recibimos ahora pero que viaja desde hace miles de millones de años, podíamos analizar detalles y ver cómo eran las estrellas y su vida entonces. Sería como conseguir el libro de fotos del colegio de nuestro abuelo, y ver en las fotos de los parvulitos si obtenemos información sobre cómo era la época en que vivió cuando era niño. Los astrónomos investigan galaxias lejanas porque así miden la luz de objetos que vivieron cuando el Universo era mucho más joven que ahora.

Obtener los detalles de esas galaxias permite, además, calibrar todas las escalas de distancia y conocer mejor cómo es la expansión del Universo, un asunto cosmológico donde la teoría necesitaba confirmaciones o refutaciones observacionales: la teoría necesitaba observaciones astronómicas.

Y entonces llegaron los astrofísicos con sus observaciones. El Proyecto de Cosmología por Supernovas del Lawrence Berkeley National Laboratory , dirigido por Saul Perlmutter, se centró en un tipo de explosión de supernova, las tipo Ia, que corresponden a fenómenos en sistemas binarios de estrellas evolucionadas: sobre una enana blanca cae materia de la otra estrella del par y, por culpa de esta acumulación de materia, la cosa acaba explotando de forma violenta y rápida, emitiendo un tipo de luz característico. Debido a que son objetos extremadamente brillantes, y relativamente frecuentes (se estima que en nuestro Universo se producen unas 10 por minuto, aunque observarlas es una verdadera cuestión de tener mucha suerte) es posible descubrirlas incluso en galaxias muy lejanas. En la Universidad Nacional de Australia, junto con la Universidad Johns Hopkins de Maryland en EEUU, otro grupo, el Equipo de Búsqueda de Supernovas a Alto Corrimiento al Rojo, con Brian Schmidt y Adam Riess a la cabeza, hacían lo mismo, de forma independiente. Sus artículos con los resultados se publican en 1998, y en conjunto aportan 50 supernovas con datos precisos y los cálculos que muestran algo insospechado: según las calibraciones habituales según los modelos cosmológicos, las supernovas más lejanas eran más débiles de lo debido.

¿Cómo sería posible algo así? Quizá los modelos estaban mal. Si la expansión del Universo fuera frenándose debido a la materia visible y a la materia oscura (la gravedad es una fuerza siempre atractiva), no pasaría eso. Sólo si el Universo estuviera acelerando su expansión podría entenderse que, realmente, estábamos viendo supernovas que estaban más lejos de lo esperado. Había por lo tanto algo que empujaba a que el Universo en vez de frenarse, se acelere. Los resultados publicados por los dos grupos generaron una gran controversia pero, teniendo en cuenta que eran observaciones independientes, de hecho suponían una doble confirmación de un fenómeno nuevo.

O no tan nuevo, porque como comentábamos esa repulsión ya estaba en las formulaciones originales del Universo de Einstein. Aunque el mismo físico había confesado que esa constante cosmológica había sido uno de sus grandes errores, lo cierto es que esa repulsión del Universo se convertía ahora en uno de los principales agentes de la evolución del Cosmos. La energía oscura corresponde a casi tres cuartas partes de lo que es el Universo. Ha estado operando desde hace miles de millones de años y asegura que todo se irá expandiendo sin cesar.

El trabajo de los premiados este año con el Nobel de Física fue una confirmación de que las teorías deben someterse a los datos de la realidad. Y, para una generación de astrofísicos observacionales, que con cuidado y mucho trabajo procesaban toda esa información que de manera tan compleja recogemos del Universo, fue la demostración de que todo ha de cambiar cuando la realidad nos obliga a ello. De hecho, el descubrimiento de esta energía ha supuesto uno de los más importantes acicates de desarrollo de nuevos proyectos de investigación, y también de todo un trabajo en el desarrollo de modelos teóricos que permitan entender cómo es y cómo se expande el Universo.

Invitado por la Fundación BBVA, Asplund pasa por España para ofrecer una conferencia sobre «El origen cósmico de los elementos»: el misterioso oro, que podría proceder de una colisión entre agujeros negros o estrellas de neutrones; el litio (que se utiliza en las baterías) que sorprendentemente no se encuentra en grandes cantidades tras el Big Bang; o el carbono y el oxígeno, fundamentales para la biología terrestre.

El origen de los elementos
Son algunas de las cuestiones sobre las que trabaja Asplund, que deja ahora el Instituto Max Planck y viaja hasta la Universidad Central de Australia para continuar sus investigaciones, encaminadas a averiguar cuándo, dónde y cómo aparecieron estos 118 ladrillos químicos. «Cada elemento deja su huella en el Universo», apunta el astrónomo.

Su equipo ha descubierto que cada estrella es diferente. Las hay pequeñas, como el Sol, pero que viven mucho tiempo porque su núcleo se quema lentamente; son las que producen carbono. Otras más masivas generan nitrógeno, las supernovas poraucen oxígeno y las supernovas binarias producen hierro. Esos materiales se reciclan continuamente en el Universo. Son estrellas que viven miles de millones de años, mueren (lentamente o explotando) y el material interestelar que se genera acaba formando otra estrella, pero con más elementos, y como consecuencia los planetas.

Este hallazgo, asegura, permitirá observar «la firma de los elementos químicos» en planetas muy alejados del Sistema Solar, mediante la captación de espectros de onda diferentes para cada uno de los elementos. «Será una revolución. En una década podremos ver la huella de la vida a cientos de años luz de la Tierra», explica Asplund.

La química de los exoplanetas

Hay que recordar que en los últimos 15 años, desde que Michel Mayor descubriera el primero, se han detectado más de 500 planetas orbitando estrellas, y la mayoría son gigantes gaseosos, muy próximos a sus astros. Hasta los trabajos del equipo de Asplund, no se habían visto diferencias químicas entre estas estrellas, que para el astrónomo tienen la clave: «Pensamos que si unas tienen planetas y otras no se debe a esas pequeñas diferencias químicas, que permiten formar partículas sólidas de polvo y, por tanto, planetas rocosos».

El astrónomo noruego, que buscará estos espectros en el futuro satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea (en órbita para 2013), está convencido de que en el Cosmos puede haber millones de planetas «como el nuestro», con rocas, oxígeno y agua. «Pero -puntualiza- aunque haya condiciones para la vida es difícil que la haya porque, realmente, no comprendemos el desarrollo de la vida. Si estoy seguro de que habrá planetas casi idénticos a la Tierra, pero en una fase anterior de desarrollo».

Asplund considera que para estos objetivos telescopios como ALMA, que acaba de iniciar sus operaciones en Chile, son fundamentales «porque observará en un espectro que ahora no se conoce y podrá buscar regiones de formación de esrellas». Sin embargo, tan importante como observar desde Tierra considera que es hacerlo desde el espacio. «El futuro Telescopio James Webb será fundalmental», asegura.

Observar zonas habitables

«Hasta ahora -añade- hemos descubierto planetas, pero ahora hay que descubrir su composición y para ello tenemos que ver sus espectros químicos, asi que estoy seguro de que, si se apoyan infraestructuras como éstas, en una década habremos localizados ‘tierras’ en zonas habitables».

Por lo que se conoce, cuando se formó el Sistema Solar, hace unos 4.500 millones de años, hubo un gran inestabilidad en las órbitas de los grandes planetas, hasta el punto que tendrían que haber acabado colisionando con la Tierra primigenia. Su conclusión es que si no ocurrió, se debe a que existía este misterioso cuerpo celeste.

La investigación, publicada en la revista ‘Astrophysical Journa’, se basa en simulaciones informáticas. Según David Nesvorny, del Southwest Research Institute, sus datos proceden del estudio de los muchos objetos pequeños que hay más allá de Neptuno, en el llamado ‘Cinturón de Kuiper’, y también del registro de cráteres que hay en la Luna.

De su ánalisis ya se había concluido que cuando el Sistema Solar tenía sólo unos 600 millones de años, había una gran inestabilidad en las órbitas de los planetas gigantes, de los que ahora hay cuatro: Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano. Debido a ello, infinidad de cuerpos pequeños se dispersaron (algunos de conforman el Cinturón de Kuiper), pero otros se acercaron hacia el Sol, afectando a la Tierra y la Luna.

Y lo mismo pasó con los grandes. Júpiter, por ejemplo, se habría movido hacia dentro del Sistema lentamente. El problema es que ese movimiento habría afectado a las órbitas de los planetas rocosos como la Tierra, que habría colisionado con sus vecinos, Marte o Venus.

El ‘salto’ de Júpiter

Los astrónomos, en trabajos previos, presentaron una alternativa que evitaba esta opción: propusieron que la órbita de Júpiter cambió con rapidez cuando se dispersó, alejandose de Urano o de Neptuno, durante ese periodo de inestabilidad. Este ‘salto’ de Júpiter habría sido menos dañino para el resto de los planetas pero, ¿qué lo causó?

Nesvorny realizó millones de simulaciones informáticas para encontrar la respuesta. Si efectivamente Júpiter saltó dispersando a sus dos vecinos gigantes, uno de los dos tendría que haber sido expulsado del Sistema Solar, algo que tampoco ocurrió. «Había algo claramente incorrecto», afirma el investigador.