La luz no es suficiente

Es casi incre¨ªble que hoy sepamos con gran precisi¨®n c¨®mo era el universo 370.000 a?os despu¨¦s del Big Bang. Es fascinante el poder conocer los secretos de los agujeros negros o de planetas vagando por la V¨ªa L¨¢ctea. Todos contemplamos las maravillas del universo con ilusi¨®n y asombro, como alguien acostumbrado a vivir tierra adentro que por primera vez ve el mar. Pero hemos de reconocer que tenemos una visi¨®n del cosmos tremendamente simple e inocente, fruto, entre otras cosas, de grandes sesgos observacionales y limitaciones tecnol¨®gicas. ?Ah¨ª fuera hay un mar de cosas que nunca hemos visto ni, literalmente, podremos ver, y que ni siquiera se parecen a lo que nos rodea!

Durante milenios la humanidad ha observado y estudiado el cosmos por medio de la luz: con nuestros ojos al principio, con telescopios a partir del siglo XVII, con placas fotogr¨¢ficas acopladas a telescopios a partir del siglo XIX, y con detectores de luz ultrasensible como los CCDs desde hace 50 a?os. Si bien hemos avanzado mucho y hoy podemos detectar con distintas tecnolog¨ªas y telescopios terrestres o espaciales cada vez m¨¢s grandes no solo luz como la que ven nuestros ojos, sino tambi¨¦n rayos X, luz infrarroja u ondas radio, seguimos necesitando fotones para conocer los secretos del universo. Y eso lastra nuestro avance. Daremos algunos ejemplos de estas limitaciones.

Antes de los 370.000 a?os despu¨¦s del Big Bang, el universo era opaco. La luz no pod¨ªa viajar grandes distancias, porque en seguida se encontraba con un electr¨®n o un prot¨®n, que viv¨ªan por separado porque el universo estaba muy caliente, siendo muy efectivos en capturar fotones

Antes de los 370.000 a?os de edad que mencionamos al principio, el universo era opaco. La luz no pod¨ªa viajar grandes distancias, porque en seguida se encontraba con un electr¨®n o un prot¨®n, que viv¨ªan por separado porque el universo estaba muy caliente, siendo muy efectivos en capturar fotones. No es que el universo fuera muy denso en esa ¨¦poca, aunque bastante m¨¢s, unos mil millones, que los menos de un ¨¢tomo de hidr¨®geno por metro c¨²bico que hay hoy en media. Aun as¨ª, esa densidad media del universo joven est¨¢ cientos de billones de veces por debajo de la densidad t¨ªpica que tenemos en la Tierra. En esas condiciones, los fotones solo pod¨ªan viajar unos pocos a?os luz antes de ser absorbidos, y el universo era millones de veces m¨¢s grande que eso, ese es el significado de opaco. A partir de los 370000 a?os, el universo, tras sufrir un proceso que se llama recombinaci¨®n en el que los protones captaron los electrones para convertirse en hidr¨®geno neutro, se volvi¨® transparente. El evento nos hace felices a los astrof¨ªsicos de hoy porque permite que nos lleguen fotones de estrellas o galaxias y tambi¨¦n con informaci¨®n de esa ¨¦poca tan temprana de la ¡°Historia de Todo¡±, fotones integrantes de lo que se conoce como radiaci¨®n c¨®smica de fondo, cuya existencia fue predicha hace m¨¢s de 70 a?os y encontrada en 1964, lo que constituye uno de los grandes ¨¦xitos de la Teor¨ªa del Big Bang. Pero no nos pueden llegar fotones que nos permitan estudiar qu¨¦ pas¨® antes de la recombinaci¨®n, todo era opaco. Es posible aprender sobre los or¨ªgenes del universo viendo las consecuencias posteriores de lo que debi¨® ocurrir antes de la recombinaci¨®n, pero nunca seremos capaces de ¡°verlo¡± directamente.

Un ejemplo m¨¢s. Tampoco podemos ¡°ver¡± directamente c¨®mo se producen reacciones de fusi¨®n nuclear en el Sol, que es lo que explica su brillo. La mayor parte de la energ¨ªa creada en las reacciones de fusi¨®n de hidr¨®geno emana del n¨²cleo del Sol, de una regi¨®n que ocupa menos de un 2% del volumen de nuestra estrella. La fusi¨®n libera energ¨ªa en forma de fotones que, de manera parecida a lo que se describ¨ªa en el p¨¢rrafo anterior, se encuentran con un medio muy caliente y tremendamente ionizado, con electrones y protones libres por todos sitios. La densidad en el n¨²cleo del Sol adem¨¢s s¨ª es bastante alta, casi siete veces m¨¢s alta que lo m¨¢s denso que conocemos en la superficie terrestre, el osmio o el iridio. Como resultado, los fotones no sobreviven a viajes m¨¢s largos que aproximadamente un cent¨ªmetro y la energ¨ªa en forma de radiaci¨®n fluye muy lentamente hacia el exterior, tardando miles de a?os en alcanzar la superficie. En definitiva, los fotones que nos llegan del Sol no tienen nada que ver con los creados por la fusi¨®n de hidr¨®geno, no podemos captarlos directamente.

Si tuvi¨¦ramos telescopios de neutrinos, nuestro conocimiento del universo ser¨ªa mucho m¨¢s profundo

Estos son solo dos ejemplos que nos demuestran las limitaciones de estudiar el universo con fotones. Si tuvi¨¦ramos telescopios de neutrinos, nuestro conocimiento del universo ser¨ªa mucho m¨¢s profundo. Efectivamente, los neutrinos empezaron a viajar libres por el universo aproximadamente 1 segundo despu¨¦s del Big Bang, cuando todo dej¨® de ser opaco para ellos igual que pas¨® cientos de miles de a?os despu¨¦s para los fotones tras la recombinaci¨®n. La informaci¨®n de c¨®mo es el universo m¨¢s temprano que podr¨ªamos obtener con un telescopio de neutrinos ser¨ªa espectacular. En el segundo ejemplo, las reacciones nucleares del Sol tambi¨¦n crean neutrinos, que dejan atr¨¢s el Sol en s¨®lo unos 3 segundos viajando a casi la velocidad de la luz. Estos neutrinos ya hemos conseguido detectarlos con instrumentos muy avanzados tecnol¨®gicamente pero bastante rudimentarios comparados con lo que podemos hacer con los telescopios cl¨¢sicos, de luz, m¨¢s potentes. Seguramente estamos a d¨¦cadas, quiz¨¢s siglos, de tener telescopios potentes para detectar neutrinos de los primeros segundos del universo, pero necesitamos ese tipo de tecnolog¨ªa para superar nuestra visi¨®n muy sesgada del universo. Porque, no podemos negarlo, por mucho que hemos avanzado en nuestro conocimiento, vivimos en una Edad de la Inocencia, nuestra visi¨®n del cosmos es muy ingenua, desconocemos el 95% de su composici¨®n.

La Edad de la Inocencia no es solo una etapa para los astrof¨ªsicos, en realidad afecta a toda la humanidad y todos los ¨¢mbitos del conocimiento. Solo hay que pensar que en poco m¨¢s de 70 a?os desde que se construyera el primer ordenador hemos avanzado a lo que hoy conocemos como ¡°sociedad tecnol¨®gica¡±, y en breve tendremos ordenadores cu¨¢nticos 100 millones de veces m¨¢s potentes de lo que tenemos ahora. O que se han podido crear vacunas para un virus desconocido en solo un a?o y gracias a manipular algo tan complicado, pero tan b¨¢sico para la vida, como el ARN, lo que puede llevar a otra revoluci¨®n. La pregunta entonces quiz¨¢s es ?alguna vez saldremos de la Edad de la Inocencia, o m¨¢s bien siempre nos separar¨¢ un abismo del conocimiento de todas las maravillas que nos rodean? Me decanto por lo segundo, pero en todo caso nunca estar¨¢ mal seguir observando inocentemente los secretos del universo.

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)

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. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa

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