Estamos descubriendo nuevas formas de observar el universo

La luz de estrellas y galaxias nos ha permitido estudiar el universo durante 2000 años, pero en las últimas décadas estamos empezando a estudiarlo por otros métodos.

Desde los inicios de la astronomía, cuando ésta servía para marcar el paso de los días y las estaciones, o como base para mitos y leyendas, toda observación del cielo nocturno (o del diurno, por supuesto) se ha basado en un mismo principio: interpretar la luz que nos llegaba de aquellos diminutos puntos parpadeantes. La luz que nuestros ojos eran capaces de ver, concretamente, la parte del espectro electromagnético que conocemos como luz visible.

Con el paso de los siglos y con el avance de la técnica, pudimos abarcar cada vez más de ese espectro, pudiendo detectar luz infrarroja o ultravioleta, llegando incluso a observar el cielo detectando ondas de radio y rayos X. Todos estos no son más que los nombres que le damos a diferentes partes del espectro electromagnético, diferenciadas únicamente por la longitud de onda (o la frecuencia, pues están directamente relacionadas) de dicha luz. Es como si, de entre todos los sonidos posibles llamáramos a unos “sonidos audibles” y a otros infradoes o ultrasíes (por las notas musicales Do y Si). No somos capaces de percibirlos por las limitaciones de nuestros instrumentos naturales (ojos y oído), pero están ahí.

Al añadir todas estas longitudes de onda a nuestra caja de herramientas conseguimos abrir del todo una ventana por la que habíamos estado mirando tan solo entre huecos y ensanches en la madera. Una ventana con la que observar el universo.

En las últimas décadas estamos abriendo otras ventanas nuevas. Ventanas que dan a lados diferentes de la casa y con las que podremos descubrir paisajes completamente nuevos. Estas ventanas tienen su base en la observación de neutrinos por un lado y de ondas gravitatorias por otro. Este es uno de esos lugares en los que podemos comprobar la íntima relación entre la astrofísica (que se dedica a estudiar los objetos más grandes del universo) y la física de partículas (que estudia los más pequeños).

Los neutrinos son unas partículas tremendamente elusivas, que resultan muy difíciles de detectar, pero que precisamente por estas propiedades pueden darnos una información que los fotones de luz jamás podrían. Verás, los neutrinos solo se ven afectados por 2 de las 4 interacciones fundamentales, las fuerzas que rigen el comportamiento de todas las partículas del universo. Una de estas fuerzas es la gravedad, de la que no escapa nadie, y la otra la interacción débil. Esta interacción, como su nombre indica, es relativamente débil. Además, para que dos partículas interaccionen débilmente deben situarse muy cerca entre sí. A distancias del orden del tamaño de un protón, de hecho.

Suele decirse que un neutrino podría atravesar una lámina de plomo de 1 año luz de grosor y sólo tendría un 50% de probabilidad de chocar con alguno de los átomos de plomo que la componen. Láminas de plomo de ese grosor no hay en el universo, pero lo que sí que hay son estrellas con diámetros de más de un millón de kilómetros y que resultan básicamente invisibles para los neutrinos que se generan en sus núcleos.

El Sol, como el resto de estrellas del universo, se mantiene caliente gracias a los procesos de fusión nuclear que tienen lugar en su interior. Durante estos procesos se libera gran cantidad de energía y gran cantidad de neutrinos. Estos neutrinos, como apenas son capaces de interaccionar con la materia, salen del Sol como si nada, atravesando sus casi 700 000 kilómetros de radio, sus temperaturas de millones de grados y sus múltiples capas. Algunos de esos neutrinos se dirijen a la Tierra donde somos capaces de detectarlos. Estos neutrinos, que tienen tanta energía que viajan casi a la velocidad de la luz, tardan poco más de 2 segundos en viajar del núcleo a la superficie del Sol. En comparación, los fotones producidos en el interior de la estrella pueden tardar cientos de miles de años en alcanzar su superficie, tras incontables procesos de absorción y emisión.

 

Pero no sólo hemos detectado neutrinos provenientes del Sol. También se han detectado neutrinos emitidos durante las explosiones de supernova. De hecho estas partículas sirven como anuncio ante una supernova inminente, pues su producción aumenta justo antes que tenga lugar la explosión. Otros neutrinos que esperamos poder detectar son los que se produjeron durante el primer segundo de vida del universo. Detectarlos nos serviría para ver el universo a una edad a la que, observando solamente fotones, no tenemos acceso.

La detección de ondas gravitatorias también nos permite estudiar procesos que de otra forma pasarían desapercibidos. Estas ondas no son más que la perturbación en el campo gravitatorio producida por el movimiento de cualquier objeto masivo. Podrías entenderlas como la estela dejada por la gravedad del objeto, que viaja muy rápido (a la velocidad de la luz) pero no infinitamente rápido. Cuando el objeto en cuestión es tan masivo como una estrella de neutrones o un agujero negro y se mueve tan rápido como cuando dos de estos objetos están a punto de colisionar, tras orbitarse mutuamente, somos capaces de detectar dichas ondas. Estos objetos suelen ser detectables también observando la luz que emiten al hacerlo, pero las ondas gravitatorias que emiten nos dan información que no podríamos obtener de otro modo, como por ejemplo la masa del par de objetos que han chocado.

Detectando estas ondas podemos otra vez llegar a regiones cuya luz no somos capaces de observar, como los núcleos galácticos, o los primeros instantes del universo.

Estas dos ramas de la astronomía observacional son relativamente nuevas (la primera detección de ondas gravitatorias ocurrió en septiembre de 2015) pero ya han dado resultados espectaculares y nos han ayudado a mejorar nuestra comprensión del universo. Los avances futuros sin duda traerán grandes descubrimientos todavía hoy insospechados.

 

REFERENCIAS:

Spiering, C. 2012, Towards high-energy neutrino astronomy. A historical review, The European Physical Journal H

LIGO and Virgo Science Collaboration, 2017, Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger*, The Astrophysical Journal Letters

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José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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