¡Tenemos que saber! ¡De tántas cosas!

Muchas son las cosas que ignoramos del Universo y, mientras así sea, tendremos capacidad para el asombro. Mirad la imagen de arriba: Una bonita pero extraña nebulosa planetaria bipolar. Una estrella como nuestro Sol que al final de su vida, habiendo agotado todo su combustible nuclear de fusión, se contrae sobre sí misma para formar una enana blanca y, en el proceso, eyecta sus capas exteriores al espacio interestelar de distintas maneras, de tal forma es así que, la variedad de nebulosas planetarias es muy diversa pero, todas hermosas.

                                                                NGC 6302

Como NGC 7293 arriba, son muchas y variadas las Nebulosas planetarias que están dispersas por el espacio (arriba una muestra)

Generalmente, la gente sencilla no sabe, en realidad, como se forman y nacen las estrellas, como viven y al final de sus “vidas” qué  ocurre, en qué se transforman y que transiciones de fase y cambios se producen en el material que las conforman, en qué se convierten. Igualmente ocurre con el origen de las Nebulosas, o, cómo son los mecanismos que rigen en las galaxias y las fuerzas que están presentes a lo largo y a lo ancho de todo el Cosmos. Es lógico que sea de esta manera y, generalmente la mayoría de las personas no están  versadas en éstos temas, incluso hablar del propio planeta es, para ellos, hablar de algo muy grande, casi infinito y eterno. La capacidad de entender lo que el Universo es, se les escapa. Viven en un “mundo” local, de cosas pequeñas y cotidianas, lo inmediato es lo que llama su atención y les preocupa.

Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, o, cómo se pudieron formar las galaxias, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc², el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, el Principio de exclusión de Pauli, el cuánto de acción de Planck, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica lástima!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes. Ninguna explicación, aunque somera y sencilla, podrían dar sobre, por ejemplo, lo que es una estrella de neutrones o un remanente de supernova.

             Este es un remanente que oculta a una estrella de Neutrones

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro. De ese torbellino de energía y densidad… ¡nada puede escapar!

De acuerdo a la teoría general de la relatividad, una singularidad es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita. Es el resultado al que cualquier masa que se convierte en agujero negro tiene que colapsar. El tiempo deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad y, el espacio, queda distorsionado, prisionero en esa densidad aterradora.  El mismo Big Bang (dicen) surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que explosionó como consecuencia de una fluctuación del vacío y se expandió creando el tiempo, el espacio y la materia.

                          En esta Nebulosa gigante molecular, nacen las estrellas super-masivas que serán, en el futuro, agujeros negros

Como contraposición a las enormes densidades que encontramos en las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como “vacío cósmico”. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones del universo profundo. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ Kg/m³; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo (al menos hasta que se descubran -si es que existen,  las estrellas de Quarks.

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los seres humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito de Abdera, Anaximandro, Arquitas…  Galileo, Newton, Gauss y Riemann o Einstein…, y muchos otros,  siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas y la intuición. Ahora contamos con sofisticadas máquinas de tecnología futurista que nos ayudan a comprobar las teorías.

Ahora, entre otras muchas cuestiones sin resolver, la que más destaca y apremia, es encontrar la respuesta tan esperada en astronomía y que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde está la energía y la materia oscura?

Desde hace treinta años, los astrofísicos se enfrentan a este dilema: o bien las galaxias tienen mucha materia que no vemos, pero que causa una fuerte atracción gravitatoria sobre las estrellas externas (que por ello orbitarían tan rápido) o bien ni la ley de la gravedad de Newton ni la de Einstein serían válidas para esas regiones externas de las galaxias. Las dos opciones son revolucionarias para la física: la primera implica la existencia de materia oscura en el universo (materia que no vemos pero que sí afecta al movimiento de las estrellas y galaxias), y la segunda implica que una ley básica (la de Newton/Einstein de la gravitación) es incorrecta. En el momento actual, no sabemos cual de esas dos opciones es la buena (podrían incluso ser buenas las dos, es decir, que existiera materia oscura y además que la teoría de Newton/Einstein estuviera mal. No creom que sea ese el problema, debe haber una tercera opción desconocida que debemos encontrar). La gran mayoría de los astrofísicos prefieren explicarlo con la materia oscura (un camino cómodo y fácil) antes que dudar de las leyes de la gravitación de Newton/Einstein. Esto no es sólo cuestión de gustos, es que las leyes de la gravitación funcionan con una increíble exactitud en todos los demás casos donde las hemos puesto a prueba (en los laboratorios, en las naves espaciales y los vuelos interplanetarios, en la dinámica del Sistema Solar, etc.).

Este problema de la materia oscura (si es que realmente existe y no es que las leyes de Newton sean incompletas) es uno de los más importantes con los que se enfrenta la astrofísica hoy en día.

Últimamente están saliendo a la luz estudios diversos (algunos contradictorios) en relación a la (posible presencia) de materia oscuratodeando las galaxias.

Usando una de las más poderosas supercomputadoras del mundo para simular el halo de materia oscura que envuelve a nuestra galaxia, unos investigadores han encontrado densos grumos y filamentos de la misteriosa materia oscura ocultándose en las regiones internas del halo, en el mismo vecindario que nuestro Sistema Solar.

“En simulaciones anteriores, esta región resultó lisa, pero ahora tenemos suficientes detalles para ver los grumos de materia oscura”. La permanete contradicción nos hace dudar de lo que realmente pueda haber alrededor de las galaxias y cúmulos de galaxias. Y, la materia oscura es la salida más cómoda para explicar lo que desconocemos.

Parece obvio que la cuestión de la naturaleza de la materia oscura no se puede dejar reposar hasta que alguien, algún proyecto, obtenga una respuesta que, de ser posible, venga acompañada de un buen “pedazo” de esa materia que, seguramente, encontraremos finalmente en el laboratorio.

No sería de extrañar que, finalmente, sean los Aceleradores de Partículas los que harán el trabajo y localizaran esas partículas componentes de la supuesta materia oscura (o lo que pueda ser) que, de existir, tendrá que estar formada por objetos pequeños al igual que la materia conocida y, aunque éstos puedan tener otras propiedades extrañas para nosotros, en procesos de grandes energías se podrá llegar hasta ellos y quedar al descubierto para que los podamos ver.

Todos sabemos como funcionan estos inmensos aparatos. Son instrumentos que produce un haz de partículas -ya sean protones, electrones o cualquier otra- que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. Dirigidas a un objetivo en alguna de las colisionesw resultantes, parte de la energía del haz será convertida (E =mc²) en la masa de nuevas partículas. No importa lo improbable que pueda ser que una partícula se produzca en tal reacción, si tenemos suficiente energía en el haz y esperamos pacientemente, más pronto o más tarde veremos lo que estamos esperando. La esperanza de los experimentadores actuales es que esto será verdad y se produzca la aparición de las partículas que copmponen la materia oscura, como aparecieron otras en el pasado.

El descomunal conglomerado técnico del LHC, cuanta con energías hasta hace bien poco impensables, es decir, podrá llegar hasta los 14 TeV, pero, ¿será suficiente esa energía para encontrar la materia oscura? Por otra parte, no será nada fácil el hallazgo por este método ya que, los candidatos más exóticos para la materia oscura de los que hemos hablado en estos días pasados, no se pueden producir aisladamente, sino que siempre deben ser creados por pares. Las teorías nos dicen, por ejemplo, que no podemos producir un único fotino aislado en ninguna reacción iniciada por el impacto de un electrón o un fotón sobre la materia ordinaria. Igualmente, no podremos producir un único selectrón, sino que debemos producir un par; un selectrín y un antiselectrón. En efecto, esto divide por la mitad la energía disponible para la conversión en masa en cualquier acelerador, pues la energía debe ser compatible para para ambos miembros del par.

Algunos se han sacado de la manga una pléyade de nuevas partículas que serían las que originan la materia oscura (las WIMPs)

Somos capaces de bautizar “al niño” antes de su nacimiento. Así de impulsivos solemos ser y dados a poner nombre a todo aunque ese todo no sea seguro de que, en realidad, pueda existir. Así nos sucede con la materia oscura a la que le hemos adjudicado ciertas anomalías observadas en el movimiento de las galaxias y las estrellas, los cúmulos y la expansión misma. Pero, ¿será debido a la existencia de esa otra clase de materia?

¡Cuánto nos hace trabajar la ignorancia!

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de energía y materia oscura. Nos dicen que existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes.

 Claro que, una cosa es deducir y otra…verificar

Las cosas comienzan a tambalearse cuando escuchamos algunos argumentos: “Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.”

Cuando no se sabe de qué se habla… se dicen tántas cosas sin sentido que… se puede llegar con facilidad, a caer en el más espantoso de los ridículos y, la materia oscura ha llevado a más de uno a situaciones… poco cómodas. Las anomalías observadas y que no sabemos explicar, podrían tener su origen en otra parte. Incluso podría ser posible que la materia oscura… ¡no exista!

En una reunión de astronomía, uno de los ponentes decía: “Si la teoría del Big Bang es correcta -como parece que lo es-,  debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.” Y, ¿por qué no -podríamos decir- esa fuerza extraña que se observa y que no sabemos de dónde procede, no estará generada por un universo paralelo? ¡Los cosmólogos! son la monda.

El telescopio espacial WISE ha identificado a millones de candidatos a quásares y hasta 1.000 objetos que se sospecha que son las galaxias más brillantes en el infrarrojo localizadas hasta la fecha. “Hemos descubierto desde un asteroide bailando delante de la Tierra en su órbita, hasta agujeros negros supermasivos y galaxias que se esconden detrás de capas de polvo.” Declaró uno de los responsables de la investigación. Por ejemplo, el agujero negro gigante en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagitario A, tiene 4 millones de veces la masa de nuestro Sol y ha pasado por el frenesí de alimentaciones periódicas donde el material cae hacia el agujero negro, haciendo que se caliente e irradie en su entorno. Pero se sabe de la existencia de agujeros negros de miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) de los que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus estrellas vecinas, del polvo interestelar circundante y de todo material que “se atreva” a traspasar la línea fatídica del horizonte de suscesos que marca la puerta de del “irás y no volverás”.

Pues bien, como en el universo existen innumerables agujeros negros,  muchos se preguntaron: ¿”Por qué no creer que sean ellos, los A.N., los mejores candidatos para ser la “materia oscura”?.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta, y, con lo que no estoy de acuerdo es con que, con frecuencia, reputados científicos, hablen de la materia oscura con la seguridad de quién sabe, a ciencia cierta, dónde está y que es, cuando en realidad, no tienen ni idea y todo son…, simples especulaciones que, más o menos pueden estar apoyadas por indicios vagos que nunca certeza.

También, digo yo que, ya puestos a suponer, la denominada materia oscura podría estar situada en la quinta dimensión y sus efectos nos llegan a través de fisuras que rasgan el espacio-tiempo y producen fluctuaciones del “vacío”, que de alguna manera deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia bariónica que nos rodea.

La Imaginación es libre. ¿Cuántas veces habré imaginado este otro mundo?

Claro que mis pensamientos son sólo eso, imaginaciones. Una conjetura más de las muchas que circulan. No se puede  dogmatizar hablando de estas cuestiones sobre las que no se tienen la menor certeza. La cuestión es que, si atendemos a la expansión de Hubble, tampoco podemos explicar las formación de las galaxias, ya que, dicha expansión lo habría impedido, a no ser que, allí, existiera una fuerza invisible que sujetó a la materia el tiempo necesario para que se formaran las estrellas y las galaxias: ¿la materia oscura? Es posible y, si así fue como pudieron formarse las galaxias eso quiere decir que “esa materia oscura”, o “ese Ylem” -como llamaban los antiguos griegos a la sustancia primera del univero- habría sido la materia primera, la base de todo, la semilla que hizo posible el universo que ahora conntemplamos.

Nos dicen que nuestra Galaxia -y también las otras- está rodeada de materia oscura. Tal afirmación además de osada, es poco científica. De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.  Pero, mientras todo esto está pasando, dejamos que el “tiempo” transcurra y como siempre ha pasado, finalmente, alguien vendrá a dar la respuesta que, hasta podría coincidir con algunas de las conjeturas que de éste complejo asunto se han emitido.

                                     Muchos son los sueños que tendremos que hacer realidad antes de poder contestar algunas preguntas

Para que tengamos las respuestas a preguntas planteadas que nadie sabe contestar, aunque no lo sepamos, lo que necesitamos es poder viajar a las estrellas, disponer de energías que ahora nos parecen infinitas y que, podríamos obtener por medios ahora desconocidos de los discos de acreción de los agujeros negros, o, del mismo vacío. Podríamos lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, y, ¿por qué no? hacer realidad los sueños de aquellos antiguos Alquimistas. De hecho, ya hacemos diamantes artificiales que, de no ser un experto, difícilmente podríamos distinguir de otros naturlaes. Claro que, para que todo eso sea una realidad, tendrán que transcurrir algunos eones de tiempo.

Pero ni todos esos adelantos hacen posible que olvidemos el pasado, quiénes somos. Arriba podéis contemplar una calle de mi ciudad  a finales del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX. El balcón que sobresale arriba a la derecha, pertenecía al local de mi primer trabajo en una Oficina. Con 18 años, comencé mi andadura en el ámbito administrativo de Asesoría Fiscal.

Sí amigos, con el paso del tiempo vamos sabiendo, nuestra imaginación lo transforma todo y, lo que parecía imposible…lo hacemos realidad.

En 1884 Paul Nipkow diseña y patenta el llamado disco de Nipkow, un proyecto de televisión que no podría llevarse a la práctica. En 1910, el disco de Nipkow fue utilizado en el desarrollo de los sistemas de televisión de los inicios del siglo XX y en 1925, el 25 de marzo, el inventor escocés John Logie Baird efectúa la primera experiencia real utilizando dos discos, uno en el emisor y otro en el receptor, que estaban unidos al mismo eje para que su giro fuera síncrono y separados 2m. Se transmitió una cabeza de un maniquí con una definición de 28 líneas y una frecuencia de cuadro de 14 cuadros por segundo. Baird ofreció la primera demostración pública del funcionamiento de un sistema de televisión a los miembros de la Royal Institution y a un periodista el 26 de enero de 1926 en su laboratorio de Londres.

¿Qué hemos logrado en los últimos cien años? Como se suele decir, ¡si nuestros abuelos levantaran la cabeza! ¿Qué maravillas tendremos dentro de cien años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?  Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Arquitas, Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

Estos dos personajes: Einstein y Planck, fueron los artífices de una revolución

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias.

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Planck, en el año 1900, ecribió un artículo de ocho páginas en el que habló de su cuanto de acción, h, y sembró la semilla que más tarde germinaría en la forma que conocemos como mecánica cuántica y que tantas satisfaciones nos ha dado al poder descubrir por medio de ella, cómo es la Naturaleza de lo muy pequeño.

¿Qué futuro nos espera? ¿Sabremos seguir los pasos de estos genios del pensamiento?

emilio silvera

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