?Dios m¨ªo, est¨¢ lleno de estrellas, perd¨®n, fotones!

El cielo y sus secretos nos atraen a muchos, algunos de forma profesional buscando el conocer los misterios de c¨®mo funciona el universo, otros como aficionados, pero tambi¨¦n movidos por la misma curiosidad. Todos ponemos nuestro granito de arena para conocer el cosmos.

Una de esas personas que no se dedicaban profesionalmente a la investigaci¨®n en astronom¨ªa, pero que ha pasado a la historia por sus aportaciones, es Heinrich Wilhelm Matthias Olbers. Olbers era m¨¦dico, aunque ya en sus a?os de formaci¨®n sanitaria en la Universidad de G?ttingen dedicaba parte de su tiempo a estudiar cometas. M¨¢s tarde descubrir¨ªa asteroides, algunos tan conocidos como Vesta, el segundo m¨¢s grande del cintur¨®n de asteroides y el m¨¢s brillante visto desde nuestro planeta. Pero, al menos entre los astrof¨ªsicos que estudian la formaci¨®n del universo y las galaxias, Olbers es m¨¢s famoso por la conocida como paradoja de Olbers o de la noche oscura, un razonamiento relativamente sencillo que suele servir de introducci¨®n para cualquier curso sobre cosmolog¨ªa y que fue expuesto en 1823 por el m¨¦dico alem¨¢n.

Isaac Newton defend¨ªa la idea de un universo est¨¢tico e infinito donde las fuerzas de atracci¨®n entre unos objetos y otros est¨¢n equilibradas. A Albert Einstein tambi¨¦n ¡°le gustaba¡± un universo parecido. La paradoja de Olbers se basa en la inconsistencia entre asumir que el universo sigue el conocido Principio Cosmol¨®gico, adem¨¢s de ser est¨¢tico e infinito, y el hecho de que el cielo es oscuro de noche. Que el universo es homog¨¦neo e is¨®tropo, seg¨²n postula el Principio Cosmol¨®gico, del que ya hablamos en este post, es un axioma en el que se basa toda la ciencia que estudia el origen y evoluci¨®n del universo completo, la llamada cosmolog¨ªa. Si adem¨¢s es infinito, algo que puede contemplarse como una posibilidad, entonces hacia cualquier lugar que miremos, nuestra l¨ªnea de visi¨®n debe interceptar un infinito n¨²mero de estrellas. Estrellas m¨¢s lejanas las percibiremos m¨¢s d¨¦biles, pero si vemos infinitas de ellas, el resultado final es que hacia cualquier lugar que miremos deber¨ªamos ver luz tan intensa como la del Sol, el cielo nocturno deber¨ªa ser brillante. Pero est¨¢ claro que no lo es, ?no? Entonces, como en todas las paradojas, algo debe fallar en el argumento l¨®gico. O el universo no sigue el Principio Cosmol¨®gico, o no es est¨¢tico, o no es infinito. Incluso el fallo del razonamiento puede estar m¨¢s all¨¢ de lo que se dice expl¨ªcitamente en la frase, pero se esconde impl¨ªcitamente: podemos discutir sobre qu¨¦ significa infinito, sobre si es infinito en el espacio o el tiempo (??se pueden separar ambas cosas?!), o sobre qu¨¦ significa exactamente y la validez del Principio Cosmol¨®gico.

No nos vamos a centrar hoy ni en discutir las premisas de la paradoja de Olbers ni soluciones que se le suelen dar con argumentos cosmol¨®gicos como la edad limitada del Universo. Queremos hablar de lo que se da por supuesto en ese argumento: la noche es oscura.

?Es la noche oscura realmente? Obviamente, si nos referimos a oscuridad como ¡°falta de luz para percibir las cosas¡±, y consideramos la luz como aquella radiaci¨®n electromagn¨¦tica que percibe el ojo humano, pues entonces la noche es oscura. Pero si tomamos la definici¨®n f¨ªsica de luz como toda radiaci¨®n electromagn¨¦tica, tanto ¨®ptica, rayos-X, infrarroja,..., como hablamos en art¨ªculos anteriores, y si usamos telescopios ultrapotentes, la respuesta es bien diferente: la noche no es oscura, continuamente nos est¨¢n llegando fotones, es decir, luz, tanto de d¨ªa como de noche.

No solo la noche no es oscura, sino que el universo entero no es oscuro, en el sentido de que est¨¢ lleno de fotones, de radiaci¨®n electromagn¨¦tica

No solo la noche no es oscura, sino que el universo entero no es oscuro, en el sentido de que est¨¢ lleno de fotones, de radiaci¨®n electromagn¨¦tica. Los fotones que llenan el universo son b¨¢sicamente de 2 tipos, tienen 2 or¨ªgenes. En primer lugar, todo objeto a una determinada temperatura emite radiaci¨®n electromagn¨¦tica. Bueno, pues si consideramos el universo como un objeto, todo ¨¦l emite fotones (o emiti¨®, no lo complicaremos), que llenan todo el espacio-tiempo. Es lo que se conoce como radiaci¨®n c¨®smica de fondo, cuya existencia fue predicha alrededor del a?o 1950, y la detectamos por primera vez en 1964, lo cual supuso una de las grandes pruebas de la bondad de la Teor¨ªa del Big Bang. Se calcula que hay casi un quintidecill¨®n (un 1 y 90 ceros) de fotones de este tipo en todo el universo, cientos de miles en el volumen equivalente a tetrabrik de leche. ?Eso es mucho o poco? Todo es relativo. Comparado con el n¨²mero de granos de arena en todas las playas del mundo, que se calcula en torno a 1000 trillones (un 1 y 21 ceros), pues es inmensamente grande. Comparado con el n¨²mero de protones y neutrones que existen en el Universo, incluso si lo multiplicamos por 3 para obtener n¨²mero de quarks, o si sumamos el n¨²mero de electrones, pues todav¨ªa el n¨²mero total de fotones de la radiaci¨®n c¨®smica de fondo es como 1000 millones de veces mayor que el n¨²mero de part¨ªculas. En n¨²mero, los fotones dominan el universo.

El segundo origen de los fotones que ba?an todo el universo proviene de todas las estrellas y todo el material circundante de agujeros negros que han existido en la historia del universo. Todas lanzaron y lanzan sus fotones, sobre todo ¨®pticos, al espacio. Algunos de ellos fueron absorbidos por objetos cercanos, como nubes de gas o planetas, que se calentaron y remitieron los fotones en el infrarrojo. El conjunto de todos estos fotones es la conocida como luz de fondo extragal¨¢ctico y su estudio es de gran importancia no solo porque da cuenta de todas las estrellas y agujeros negros que han existido en el universo, sino porque al ser una radiaci¨®n que ba?a todo el universo, estudi¨¢ndola podemos conocer todo lo que existe o ha existido en ¨¦l. Eso incluye la materia oscura, como es el caso de unas part¨ªculas candidatas a materia oscura que se llaman axiones. Se calcula que hay del orden de varios cuatridecillones (un 1 y 84 ceros) de fotones de este tipo en todo el universo, algo m¨¢s de una decena en el volumen equivalente al tetrabrik de leche.

All¨¢ donde miremos nos llegan fotones, no muchos comparados con los que nos llegan del Sol, que son septillones, un 1 y 45 ceros, cada segundo, ni portando mucha energ¨ªa, pero ¡°dios m¨ªo, el universo est¨¢ lleno de fotones¡±, parafraseando a David Bowman de 2001, una odisea en el espacio.

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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