El Universo infinito, el color de la noche


Lejos de las luces de la ciudad, y cuando la Luna no está cerca, el cielo se ve negro. ¿Porqué? 

HST_XDF

Fotografía extremadamente profunda obtenida con el Telescopio Espacial Hubble. En una pequeña región del cielo (2.3 x 2 minutos de arco) se encontraron 5,500 galaxias al integrar mas de mil horas de observaciones tomadas a lo largo de 10 años. En esta liga se pueden ver las imágenes con mejor resolución. Crédito: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, y P. Oesch (Universitdad de California, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidad de Leiden), y el equipo HUDF09.

El otro día escuché en el radio a un célebre comentarista de noticias decir que cuando se veía el cielo desde el espacio éste era color beige. No sé de donde sacó esa idea, y quiero pensar que el sentido común de las personas que lo escucharon los hizo tomar la nota con escepticismo.

Por la noche, cuando la luz del Sol no se dispersa en la atmósfera (haciendo que el cielo se vea azul), el cielo se ve negro, eso todos lo sabemos. Pero, ¿porqué el cielo habría de ser negro y no beige o rosa o verde?

La paradoja de Olbers

A principios del siglo XIX el médico y astrónomo alemán Heinrich Olbers se hizo esta misma pregunta, pero dentro de otro contexto. En esos tiempos el Universo no era objeto de estudio. El Universo era infinito, Dios lo había creado y se había encargado de hacerlo así–uniforme, estático y eterno. 

Olbers, cuestionando las ideas principalmente religiosas de la época, planteó en 1823 la paradoja que lleva su nombre: Si el Universo es infinito, debe haber un número infinito de estrellas en él, y por lo tanto, no importa en que dirección del cielo miremos, eventualmente nuestra línea de visión se encontrará con la luz de una estrella. Entonces, el cielo debería estar totalmente iluminado por un número infinito de estrellas, sin espacios vacíos entre ellas.  Como las estrellas brillan tanto o mas que el Sol, el cielo nocturno debería brillar como la superficie del Sol. Claramente éste no es el caso.

¿Porqué el cielo nocturno es oscuro? La respuesta lógica es que el Universo no es infinito. Si el Universo tiene un límite, solo podremos ver las estrellas que éste contenga. 

Pero la respuesta no es tan simple. Plantear un universo finito tenía muchas consecuencias.  ¿Cómo había empezado todo? y, ¿cómo sería el final? Olbers no fue la única persona a la que se le ocurrió esta paradoja,  pero su mérito fue plantearla en el momento preciso. El que el cielo sea oscuro es la razón de peso que llevó a crear la teoría del Big Bang, el inicio del Universo.

En 1915 Albert Einstein publicó la Teoría de la Relatividad General. En ésta mostraba que la fuerza de atracción gravitatoria de todas las galaxias crearían un universo inestable, donde irremediablemente tendría que colapsarse, o expandirse indefinidamente. Einstein introduce la constante cosmológica, un comodín matemático que le permitía tener un universo infinito (uniforme, estático y eterno). Poco después en 1929 Edwin Hubble  lo hace darse cuenta que esto era un error.

Desde el observatorio del Monte Wilson en California, Hubble notó que las galaxias se estaban alejando unas de otras. Si se están alejando ahora quiere decir que en un pasado muy remoto (miles de millones de años atrás) estaban mas juntas, tan juntas, que ocuparían un solo lugar en el espacio. Este lugar sería tan caliente y denso que terminaría explotando. Sus observaciones demuestran que el Universo no es estático. Ahora solo faltaba demostrar que en un principio hubo una gran explosión que lanzó las galaxias en todas direcciones.

Radiación Cósmica de Fondo

En los viejos tiempos cuando toda la televisión era gratuita y la señal solo se transmitía en forma analógica, uno tenía que subirse a la azotea a mover la antena para captar los dos míseros canales que existían. Algunos recordarán que no importaba a donde apuntaras la antena, siempre se podía ver un ruido persistente de rayas a blanco y negro. Esto es la Radiación Cósmica de Fondo, la luz fósil del Big Bang.

CMB_TV

Cuando el Universo se formó toda la materia estaba contenida en una bola de calor superdensa. Entonces el cielo debió ser tan brillante como la superficie del Sol.
Al expandirse y enfriarse, las ondas de luz quedaron tan estiradas que eran del tamaño de unos cuantos milímetros, lo que las convierte en microondas. Esta radiación es igual a la que usamos para recalentar nuestra comida en un horno de microondas, y también es similar a la que se usa para transmitir la señal de televisión analógica.

En 1964 Arno Penzias y Robert Wilson estaban trabajando en una antena de comunicaciones cuando se dieron cuenta que había un zumbido que interfería con la señal. Como no podían determinar la fuente, se dieron cuenta que este zumbido solo podía ser la Radiación Cósmica de Fondo, que hasta entonces solo era una teoría. Su descubrimiento les valió el premio Nobel de Física en 1978.

Al descubrir la Radiación Cósmica de Fondo, nos encontramos con que el cielo no es oscuro, en realidad es muy brillante, y este intenso brillo viene de todas las direcciones, justo como Olbers esperaba que fuera en un universo infinito. La única diferencia es el color; nuestros ojos no pueden ver las microondas.

¿Cómo se ve el cielo en microondas?

La Agencia Espacial Europea lanzó en Mayo del 2009 el telescopio espacial Planck. Su misión principal es hacer un mapa del cielo en microondas para medir la Radiación Cósmica de Fondo. En marzo de este año se dieron a conocer los resultados.

 Mapa de todo el cielo hecho con observaciones del Telescopio Espacial Planck. Cortesía de la Agencia Espacial Europea (ESA).


Mapa de todo el cielo hecho con observaciones en microondas del Telescopio Espacial Planck. Haga click para ver la imagen mas grande. Cortesía de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Con estas observaciones, se ha podido calcular la edad del Universo con gran precisión: 13,820 millones de años. El Universo no es eterno.

Planck además mide las fluctuaciones de temperatura en la Radiación Cósmica de Fondo. En el mapa de arriba se pueden distinguir regiones mas densas (en rojo) y regiones vacías (en azul), lo que indica que, encima de todo, el Universo no es uniforme.

¿Es el Universo infinito o no?

No hay respuestas fáciles cuando tratamos de medir el Universo. Nadie puede navegar hasta el borde y regresar a decirnos como es. Quizá no tenga borde y su geometría sea cerrada, como en una esfera o una dona, de manera que si miráramos lo suficiente lejos terminaríamos viéndonos la espalda.

 Me parece asombroso que al llegar la noche podamos mirar el cielo y ver todo ese vacío, toda esa inmensidad salpicada de estrellas, y tomarlo como algo cotidiano.

3 comentarios en “El Universo infinito, el color de la noche

  1. “No hay respuestas fáciles cuando tratamos de medir el Universo.” Ahí está el meollo.
    Creo que no hay respuestas fácilas cuando se trata del Universo, en general, jeje.

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