El universo invisible: El siglo XX

Por: Roberto Galván Madrid *

En el texto anterior de esta serie explicamos que hay luz (u ondas electromagnéticas, o radiación electromagnética) de muchos tipos, dependiendo de la longitud de la onda en cuestión. También mencionamos que el ojo humano sólo es sensible a la "luz visible", pero que las ondas de radio, la luz infrarroja, los rayos UV, X, y gamma pueden ser detectados por instrumentos adecuados. Concluimos que el principal avance de la Astronomía durante el siglo XX fue la capacidad de construir telescopios para observar los fenómenos celestes en todos los tipos de luz, multiplicando nuestro conocimiento sobre el Universo.

Pero, ¿qué nueva información nos da observar una estrella o galaxia con, por ejemplo, rayos X, sobre observarla con luz visible? La respuesta breve es: los diferentes tipos de radiación trazan diferentes procesos físicos, y sólo observando en varios tipos de luz podemos entender a profundidad los fenómenos astronómicos.

Pongamos un ejemplo. La mayoría de la materia normal en las galaxias está en estado gaseoso. Este gas no es homogéneo, sino que sus propiedades cambian muchísimo de una región a otra: el gas denso y frío en las nubes en las que nuevas estrellas nacerán puede ser hasta un millón de veces más denso y un millón de veces más frío que el plasma tenue y ultra caliente en otras partes de una galaxia. El gas denso y frío es rico en moléculas, siendo las más comunes el hidrógeno molecular (H_2) y el monóxido decarbono (CO), aunque  muchas otras moléculas  más complejas (algunas de ellas orgánicas) han sido observadas también. Gas menos frío que el molecular tiende a estar en estado atómico, en su mayoría hidrógeno (H).  El gas más caliente tiende a estar en estado ionizado, es decir, en un estado en el cual los electrones de los átomos se separan de sus núcleos. Gracias a que podemos detectar los diferentes tipos de radiación electromagnética es que somos capaces de observar el gas en los diferentes estados arriba mencionados.

La Figura 1 (http://sma-www.cfa.harvard.edu/sciDoc/m5104.html) muestra imágenes de la galaxia espiral M51 (que es de un tipo similar a nuestra galaxia, la Vía Láctea). La imagen de la izquierda fue tomada en luz visible por el telescopio espacial Hubble.  La imagen de la derecha fue tomada en ondas de radio milimétricas por el Arreglo Submilimétrico (Submillimeter Array, SMA). La mayoría de la luz en la imagen óptica (izquierda) viene de estrellas y nebulosas asociadas a grupos de estrellas, de ahí la consistencia granulada. En contraste, toda la emisión en la imagen de radio (derecha) proviene de moléculas de CO (monóxido de carbono) en el gas de esa galaxia. La diferencia más notable entre las dos imágenes es que la galaxia es brillante en emisión de CO precisamente donde la imagen óptica presenta unas bandas oscuras en luz visible, hacia el centro de los brazos espirales. Estas bandas son las regiones en donde nuevas estrellas están naciendo. En sus zonas más densas, estas regiones son opacas a la luz visible, por lo que no podemos ver dentro de ellas con telescopios ópticos como el Hubble. El gas en las regiones de formación de estrellas es rico en moléculas, y el CO, observado con radiotelescopios, es uno de los mejores trazadores de gas molecular.

La Figura 2 (http://chandra.harvard.edu/photo/2002/0157/0157_composite.jpg) muestra una imagen compuesta y las componentes por separado de la galaxia activa Centauro A. Las componentes son lo siguientes:

-          El color azul representa los rayos X emitidos por gas ionizado a millones de grados observado con el telescopio espacial de rayos X Chandra. Los rayos X son emitidos en unos arcos rodeando la galaxia y también desde el chorro (centro de la imagen) expelido violentamente desde las regiones cercanas a un agujero negro supermasivo en el centro de esa galaxia.

-          El color amarillo representa una imagen óptica (luz visible). Las zonas oscuras en el centro de la imagen son regiones ricas en gas denso y polvo que son opacas en este tipo de luz. Los puntos son estrellas mucho más cercanas a nosotros que Centauro A, pero que en proyección son vistas en el mismo campo. La emisión  esférica que brilla al centro de la imagen óptica proviene de las estrellas (y gas) que sí forman parte de Centauro A, pero que como están muy lejos no son resueltas como puntos individuales.

-          El color verde es emisiÛn de radio observada con el "Arreglo Muy Grande" (Very Large Array, VLA) proveniente de los chorros de gas expelidos desde las regiones cercanas al agujero negro en el centro de esa galaxia. La emisión de los chorros proviene de un proceso llamado "radiación sincrotrón", en el cual electrones que se mueven a velocidades cercanas a las de la luz por la presencia de un campo magnético emiten radiación. Radiotelescopios como el VLA son aptos para observar este tipo de radiación.

- Finalmente, el color rosa representa la radiación emitida por el Hidrógeno atómico, el elemento químico más abundante del universo. La longitud de onda de esta radiación es aproximadamente 20 cm, y también es observada con radiotelescopios como el VLA.

El ejemplo anterior ilustra cómo los astrónomos usamos la información contenida en todo el espectro electromagnético para desentrañar los misterios de los fenómenos que ocurren en el espacio exterior. El mayor avance en el pasado siglo XX fue la oportunidad de observar lo "invisible", es decir, usar instrumentos que detectan luz con longitudes de onda diferentes a las que el ojo humano puede percibir.

¿Qué nos depara el futuro inmediato? Obviamente, las técnicas ya creadas están siendo perfeccionadas, pero quizás el mayor avance de la Astronomía en el siglo XXI vaya a ser la posibilidad de observar con telescopios que no observen radiación electromagnética, sino otros tipos de radiación (como ondas gravitacionales), u otros tipos de partículas (algunos observatorios de neutrinos y rayos cósmicos ya están en operación). Es probable que incluso seamos capaces de detectar directamente partículas de la elusiva materia oscura. En el tercer y último texto de esta seria hablaremos sobre los descubrimientos que probablemente vendrán en este siglo. 

*Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM.