Estudiar el universo desde un laboratorio

Cuando se habla de astronom¨ªa o astrof¨ªsica, r¨¢pidamente nos vienen a la mente grandes instalaciones o instrumentos de grandes proporciones: observatorios, telescopios, sat¨¦lites... Pero tanto en astrof¨ªsica como en el resto de la ciencia existen distintos procedimientos que se usan a la hora de llevar a cabo una investigaci¨®n. Algunos de estos pueden ser: la observaci¨®n directa mediante telescopios terrestres o espaciales (astrof¨ªsica observacional); el desarrollo de teor¨ªas sobre la formaci¨®n y la evoluci¨®n de estructuras estelares, gal¨¢cticas o cosmol¨®gicas (astrof¨ªsica te¨®rica); las simulaciones por ordenador de procesos y objetos (astrof¨ªsica computacional); y, por ¨²ltimo, la que se quiere presentar en este art¨ªculo: el trabajo desde el laboratorio (astrof¨ªsica experimental).

Las escalas de tiempo con las que desarrollan los fen¨®menos astrof¨ªsicos son extremadamente m¨¢s largas que las de cualquier experimento

Puede parecer extra?a la existencia de experimentaci¨®n en astrof¨ªsica pero ¨¦sta es determinante en muchas otras investigaciones debido a su gran potencial. Aunque no se puede reproducir una estrella, una galaxia o un agujero negro en un laboratorio, s¨ª que es posible realizar distintos trabajos que complementan el trabajo observacional y te¨®rico. As¨ª algunos de los aspectos que se pueden llevar a cabo en el laboratorio podr¨ªan ser:

-Simular situaciones en las que es imposible obtener medidas de manera directa, como la dispersi¨®n de la radiaci¨®n solar por part¨ªculas cometarias, o los distintos procesos fisicoqu¨ªmicos que tienen lugar en los llamados hielos de inter¨¦s astrof¨ªsico del medio interestelar o de las superficies heladas de sat¨¦lites y planetas para generar y/o mejorar las teor¨ªas sobre su formaci¨®n y evoluci¨®n.

-Comparar los datos observacionales con los del laboratorio para contrastar resultados y entender los procesos f¨ªsicos que se est¨¢n produciendo en la l¨ªnea de observaci¨®n en la que se han obtenido.

-Ayudar en la preparaci¨®n de misiones espaciales, sobre todo, a la hora de dise?ar los instrumentos que se env¨ªan, con el objetivo de aumentar su tiempo de vida y sus prestaciones, pudiendo optimizar de esta manera, los recursos econ¨®micos disponibles para un mejor aprovechamiento de los mismos por parte de la comunidad cient¨ªfica.

Simular muestras

Una tarea habitual en el trabajo de la astrof¨ªsica experimental que se puede llevar a cabo en el laboratorio es el de simular diferentes tipos de muestras: gases, l¨ªquidos y/o s¨®lidos. El objetivo de un experimento es producir resultados relevantes y aplicables a contextos astrof¨ªsicos. Se habla entonces de "an¨¢logo". L¨®gicamente no se pretende reproducir con exactitud un determinado escenario astrof¨ªsico (actualmente es imposible) sino comprender los procesos que se dan en ellos. Por ejemplo, ning¨²n laboratorio en el mundo puede reproducir las condiciones de presi¨®n en las nubes moleculares del medio interestelar, y, por lo tanto, para que los experimentos puedan aplicarse a este escenario, el efecto de la presi¨®n en el resultado final del experimento debe ser despreciable.

Por lo tanto, un objetivo del estudio experimental en astrof¨ªsica es caracterizar el "an¨¢logo" astrof¨ªsico, es decir, evidenciar sus propiedades intr¨ªnsecas y estudiar su posible dependencia de diferentes par¨¢metros: temperatura, composici¨®n, etc. L¨®gicamente, como se ha dicho anteriormente, no es posible reproducir en el laboratorio exactamente las condiciones reales del an¨¢logo en cuanto a su composici¨®n, presi¨®n, temperatura, densidad... Estos l¨ªmites son inevitables y se derivan del hecho de que se desconocen con exactitud la mayor¨ªa de par¨¢metros reales que intervienen. Adem¨¢s, hay que tener en cuenta otra limitaci¨®n importante: que las escalas de tiempo con las que desarrollan los fen¨®menos astrof¨ªsicos son extremadamente m¨¢s largas que las de cualquier experimento, por lo que la extrapolaci¨®n de los resultados de laboratorio al an¨¢lisis astrof¨ªsico est¨¢ limitada a todos aquellos efectos que no dependan de la velocidad del proceso que los ha determinado.

Espa?a no ha perdido este tren cient¨ªfico

A pesar de todas estas limitaciones, los resultados experimentales son cruciales si logran reproducir los efectos de un determinado proceso en el espacio, para conocer sus caracter¨ªsticas f¨ªsicas. Debido a este gran potencial no es de extra?ar que en los ¨²ltimos a?os se hayan desarrollado laboratorios de astrof¨ªsica en todo el mundo. Afortunadamente, nuestro pa¨ªs, no ha perdido este tren cient¨ªfico y tecnol¨®gico. De hecho, existen distintos grupos trabajando en diferentes ¨¢reas de inter¨¦s de esta rama de la astrof¨ªsica en laboratorios localizados a lo largo de toda la geograf¨ªa espa?ola. La labor, en muchas ocasiones nada sencilla, de estos cient¨ªficos est¨¢n contribuyendo eficazmente al desarrollo en nuestro pa¨ªs de esta especialidad, con lo que la comunidad astron¨®mica espa?ola (como potencia mundial en este campo) est¨¢ tambi¨¦n a la vanguardia de la astrof¨ªsica experimental.

Jos¨¦ Cant¨® Dom¨¦nech pertenece al Laboratorio de Astrof¨ªsica Experimental de Alcoy (Departamento de F¨ªsica Aplicada - Escuela Polit¨¦cnica Superior de Alcoy - Universidad Polit¨¦cnica de Valencia)