La luz se crea all¨¢ donde mires

No vemos todo lo que existe, nuestro ojo est¨¢ muy limitado porque solo detecta un tipo de luz, fotones ¨®pticos. En algunos lugares del Universo, la materia que ¡°vemos¡± a trav¨¦s de otros tipos de luz, por ejemplo, la captada por detectores de rayos-X, puede llegar a ser mucho m¨¢s abundante que la que emite fotones ¨®pticos. Eso es lo que hemos tratado en los dos ¨²ltimos art¨ªculos. En el primero tambi¨¦n explicamos c¨®mo funciona la visi¨®n: luz creada por el Sol o una bombilla incide sobre los objetos, parte se refleja y es detectada por nuestros ojos e interpretada por nuestro cerebro, lo que nos permite conocer muchas caracter¨ªsticas del objeto que tenemos delante. Pero ?qu¨¦ pasa si no hay ninguna luz que ilumine los objetos? ?Es posible que los objetos absorban toda la luz y no reflejen nada?

Intentamos responder a la primera pregunta con un ejemplo. Entramos en una habitaci¨®n donde no hay luz y no entra nada de sol, est¨¢ completamente oscura, as¨ª que ning¨²n fot¨®n de una fuente de luz (en el sentido cl¨¢sico de la palabra, luz visible) se reflejar¨¢ en los objetos y ser¨¢n invisibles para nuestro ojo, no vemos nada. Por tanto, para nosotros no existe nada de lo que hay en la habitaci¨®n, nuestros ojos no lo ven, ser¨ªa ¡°materia oscura¡± siguiendo la definici¨®n de cosas que no vemos con fotones ¨®pticos. Tampoco ver¨ªamos esas cosas con un detector de rayos-X de los que habl¨¢bamos en nuestro ¨²ltimo art¨ªculo: las cosas que normalmente hay en una habitaci¨®n no emiten rayos-X.

En realidad, las cosas que est¨¢n en una habitaci¨®n oscura s¨ª se pueden detectar por medio de luz. La raz¨®n es que todo, absolutamente todo, emite luz, un tipo de luz en el sentido f¨ªsico que no cl¨¢sico de la palabra, radiaci¨®n electromagn¨¦tica. Todo emite luz, incluso las personas ahora mismo estamos ba?ando el universo con fotones. Todo lo que est¨¢ a una determinada temperatura emite luz. Esto es algo que sabemos desde el ¨²ltimo a?o del siglo XVIII. En 1800 Frederick William Herschel public¨® los resultados de un experimento en el que pretend¨ªa demostrar que cada color del arco¨ªris calienta la materia de manera diferente, a cada uno le corresponde una temperatura. Para ello hizo pasar rayos de luz por un prisma para separarlos en colores y midi¨® la temperatura de cada uno de ellos, corroborando su hip¨®tesis. No es lo que buscaba, pero en el mismo experimento descubri¨® que si pon¨ªa el term¨®metro m¨¢s all¨¢ de la zona donde ve¨ªa luz, ?el term¨®metro marcaba incluso mayor temperatura que en el rojo! Herschel dijo que exist¨ªan unos rayos calor¨ªficos, mucho menos comercial que llamarlos rayos-X. Pero de nuevo un gran descubrimiento fue fortuito, no buscado, como el de R?tgen.

Las part¨ªculas de las que estamos compuestos se mueven, m¨¢s r¨¢pidamente cuanto m¨¢s calientes estamos. Esa es la definici¨®n f¨ªsica de temperatura: movimiento de part¨ªculas

Las part¨ªculas de las que estamos compuestos se mueven, m¨¢s r¨¢pidamente cuanto m¨¢s calientes estamos. Esa es la definici¨®n f¨ªsica de temperatura: movimiento de part¨ªculas. Las part¨ªculas, al moverse, tienden a relajarse y frenarse, lo que significa que nos enfriamos. F¨ªsica de secundaria: la energ¨ªa de una part¨ªcula en movimiento, cin¨¦tica se llama, depende de su velocidad; si baja la velocidad, baja su energ¨ªa. ?D¨®nde va esa energ¨ªa? M¨¢s f¨ªsica de secundaria: la energ¨ªa ni se crea ni se destruye, solo se transforma. As¨ª que la energ¨ªa perdida al enfriarnos se radia en forma de ondas electromagn¨¦ticas, de luz. Estamos creando luz constantemente, ?somos seres luminosos, todo es luminoso! Pero esas ondas no son como las que capta nuestro ojo, que explicamos que son un campo electromagn¨¦tico que var¨ªa entre 400 a 750 billones de veces por segundo. Las ondas que emite predominantemente un cuerpo a unos 36.5 grados cent¨ªgrados de temperatura tienen una frecuencia m¨¢s baja, son fotones de menor energ¨ªa que llamamos infrarrojos o t¨¦rmicos, y equivalen a campos que var¨ªan menos de 400 billones de veces por segundo (el l¨ªmite que ve nuestro ojo), hasta unas 300 mil millones de veces por segundo.

Es imposible parar por completo el movimiento de las part¨ªculas. Por lo tanto, toda la materia que conocemos, formada por electrones, protones, neutrones, emite luz y el tipo, su frecuencia o energ¨ªa dependen de su temperatura

Todo lo que est¨¢ a una temperatura determinada emite, y no hay nada que tenga una temperatura 0 en la escala Kelvin (-273.15 grados cent¨ªgrados), que define el cero absoluto. De hecho, las leyes de la termodin¨¢mica proh¨ªben que nada pueda alcanzar este l¨ªmite. Es imposible parar por completo el movimiento de las part¨ªculas. Por lo tanto, toda la materia que conocemos, formada por electrones, protones, neutrones, emite luz y el tipo, su frecuencia o energ¨ªa dependen de su temperatura. Esa luz emitida es sobre todo infrarroja para temperaturas de unas decenas de grados cent¨ªgrados como la que tenemos nosotros.

Con esto en mente, ya podemos decir que si cogemos una c¨¢mara fotogr¨¢fica normalita, que tienen detectores de luz sensible a fotones t¨¦rmicos que nuestro ojo no ve, o si somos un Predator y tenemos visi¨®n infrarroja, podremos detectar cosas que no reflejan luz, pero que la emiten por s¨ª mismas, la habitaci¨®n oscura del ejemplo ser¨¢ bastante luminosa. De manera an¨¢loga, con telescopios infrarrojos podemos detectar astros que no est¨¢n tan calientes como las estrellas. As¨ª hemos logrado ver planetas extrasolares directamente, porque pueden ser m¨¢s brillantes que su propia estrella en el infrarrojo. Y hemos logrado ver incluso sistemas planetarios en formaci¨®n o concentraciones de material que est¨¢n en proceso de formar estrellas dentro de nubes de gas a unas pocas decenas de grados por encima del cero absoluto. Todo gracias a la radiaci¨®n infrarroja y a telescopios como Spitzer o Herschel.

Hoy los telescopios y detectores infrarrojos nos permiten ¡°ver¡± material interestelar e intergal¨¢ctico formado por gas y polvo bastante fr¨ªos, a decenas y centenares de grados cent¨ªgrados bajo cero, cerca del cero absoluto. En alg¨²n momento de la historia del universo no hab¨ªa estrellas, todo era gas, as¨ª que la ¡°materia oscura¡±, seg¨²n la definici¨®n sencilla (y err¨®nea) con la que empezamos esta serie de entradas dedicadas a la luz, era el 100% del Universo, no hab¨ªa fotones ¨®pticos creados por estrellas como hay hoy. En la actualidad todav¨ªa debe haber mucho m¨¢s material en forma de gas fr¨ªo que en forma de estrellas en el Universo, al menos 10 veces m¨¢s, as¨ª que domina lo que no emite pr¨¢cticamente ning¨²n fot¨®n ¨®ptico de los que nuestro ojo ve. Pero todo es luminoso, emite luz, y hoy podemos detectarlo; con telescopios de rayos-X (o incluso de rayos gamma), telescopios ¨®pticos m¨¢s cl¨¢sicos, o telescopios infrarrojos (o incluso radiotelescopios). No se nos escapa ning¨²n tipo de fot¨®n, y aun as¨ª, creemos, mucha materia ex¨®tica permanece escondida.

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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