‘¿Qué sabemos sobre el Universo? Sabemos que se está expandiendo’, dice un Nobel de Física

La 14ª Conferencia FAPESP 60 años, dedicada a la astronomía y la astrofísica, reunió a tres grandes científicos del área, con Brian Schmidt entre ellos

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La materia que conocemos, o que creemos conocer, corresponde a tan solo el 5 % del contenido del Universo observable. Del resto, el 25 % está constituido por materia oscura, sobre la cual no sabemos casi nada, y el 70 % por energía oscura, sobre la cual sabemos menos aún.

Toda la ciencia convencional, hecha desde la Antigüedad hasta hace pocas décadas, se enfocó en aquel 5 %. Y logró resultados notables, tanto en la comprensión de la realidad material, a través de las ciencias fundamentales, como en su transformación mediante aplicaciones tecnológicas. En la agenda actual hay una cantidad sin precedentes de megaproyectos científicos en los campos de la astronomía y de la astrofísica que apuntan a llevar adelante la investigación del 5 % e incursionar en el otro 95 %, en la medida de lo posible.

En pocas palabras, este fue el tono de la 14ª Conferencia FAPESP 60 años, que se enfocó en el tema “Astronomía y astrofísica”. Participaron en dicho evento Brian Schmidt, vicerrector de la Australian National University (ANU) y ganador del Nobel de Física en 2011 por el descubrimiento de la energía oscura, Angela Olinto, rectora de la División de Ciencias Físicas de la University of Chicago, en Estados Unidos, y Rob Adam, director del South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), que lidera la participación del país en el Square Kilometer Array Observatory (SKAO), el mayor radiotelescopio del mundo.

Schmidt realizó una exposición sumamente didáctica y entusiasta acerca de los avances más recientes de la astronomía y la astrofísica, destacando las observaciones que encabezó en 1994 y que posteriormente llevarían al descubrimiento de la energía oscura. Olinto abordó las diversas líneas de observación astronómica y astrofísica que se llevan adelante actualmente, especialmente en la prospección de astropartículas de altísimas energías, su campo de actuación. Y Adam se refirió fundamentalmente a los desafíos y a las oportunidades de hacer ciencia de primera línea en un país en desarrollo.

La apertura del evento estuvo a cargo de Ronaldo Aloise Pilli, vicepresidente de la FAPESP. Y Beatriz Barbuy, profesora titular del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), asumió la moderación del mismo.

“En el año 2022, ¿qué sabemos sobre el Universo?”: Schmidt empezó su conferencia con esta pregunta. Y lo resumió así: “Sabemos que se está expandiendo. Que tiene entre 13 a 14 mil millones de años de edad. Que está compuesto fundamentalmente por tres cosas: energía oscura [un 70 %], materia oscura [un 25 %] y materia común [un 5 %]. Y que está muy cerca de aquello que describimos como geométricamente plano”.

Es bueno acotar desde luego que esta última expresión –“geométricamente plano”– no tiene nada que ver con las fantasías seudocientíficas sobre la “Tierra plana”, que han sido desenterradas en los últimos años. A decir verdad, esto quiere decir que el Universo cuatrimensional puede describirse a gran escala mediante una generalización de la geometría euclidiana en la cual los ángulos internos de cualquier triángulo suman 180 grados, ni menos ni más.

“¿Cómo sabemos esto?”: con esa otra pregunta prosiguió Schmidt. Y relató una breve historia de la astronomía reciente, acerca de cómo se calcularon las distancias de los objetos astronómicos a través de la intensidad de la luz que nos llega desde ellos. Y que logramos saber que están alejándose de nosotros porque las longitudes de onda de la luz que emiten se estiran, desplazándose hacia el rojo (redshift).

“Edwin Hubble [1889-1953] puso todo eso junto en 1929, al relacionar las distancias y los redshifts, y descubrió que, cuanto mayor es la distancia, mayor es el corrimiento hacia el rojo. Por ende, mayor es la velocidad de alejamiento de la galaxia”, dijo. La conclusión de Hubble indicó que el Universo en general se encontraba en expansión.

El descubrimiento de Hubble fue un ingrediente fundamental para la elaboración de la teoría del Big Bang. Sucede que, si todo está alejándose, es posible invertir mentalmente el proceso e imaginar un momento en el que todo estaba extremadamente cerca.

“¿Qué fue el Big Bang? Honestamente, no lo sé. Sé únicamente que hace entre 13 y 14 millones de años algo sucedió que puso en movimiento el Universo”, afirmó Schmidt. Y añadió que la cosa más lejana que podemos ver, por ende, la más antigua, es la radiación cósmica de fondo, una radiación producida tiempo después del Big Bang, cuando el Universo, aún bastante joven, tenía entre 300 mil y 400 mil años de edad, y que actualmente llega a la Tierra desde todas las direcciones del cielo.

“Esta radiación surge del hecho de que, en esa época, el cielo entero tenía una temperatura de 3.000 kélvines y brillaba como el Sol brilla. Desde esa época, esa luz viajó por el espacio y por eso puede medírsela ahora en el planeta Tierra [bajo la forma de microondas].”

En su investigación doctoral, realizada en la Harvard University (Estados Unidos), bajo la dirección de Robert Kirshner, Schmidt trabajó con datos observacionales de estrellas supernovas de tipo II para medir el valor de la constante de Hubble, que relaciona las velocidades de alejamiento de las galaxias con sus distancias en relación con la Tierra. Y arribó al valor de 70 kilómetros por segundo por megapársec. Esto significa que, por cada megapársec de distancia de la Tierra, la velocidad de alejamiento de las galaxias aumenta 70 kilómetros por segundo. Con base en ese valor, Schmidt pudo estimar la edad del Universo en alrededor de 14 mil millones de años.

Poco tiempo después, en 1994, las supernovas, en este caso las de tipo Ia, le aportarían la información necesaria para su más grande descubrimiento. Al contrario de lo que toda la comunidad de astrónomos creía en ese entonces, que la atracción gravitatoria entre los componentes del Universo estaría frenando su expansión, observaciones de supernovas Ia realizadas por su grupo en el Observatorio de Cerro Tololo, en Chile, confirmadas posteriormente por observaciones realizadas en los telescopios Keck, en Hawái, demostraron que el Universo estaba expandiéndose a velocidades cada vez mayores. “Fue una sorpresa total”, afirmó Schmidt.

Si la velocidad de alejamiento de las galaxias estaba acelerándose positivamente y no retardándose, era necesario que existiese algo mayor que la atracción gravitatoria que empujase a esas galaxias hacia lejos unas de otras. Y esto llevó a rescatar la hipótesis de la “constante cosmológica”, postulada y después dejada de lado por Albert Einstein (1879-1955).

Ya sea que se la denomine “constante cosmológica” o “energía oscura”, el hecho es que nadie sabe qué es. Y el no saber constituye un formidable motor para el desarrollo de la ciencia. Para transformar el no saber en saber, se encuentra en operación o en construcción un extraordinario conjunto de artefactos, tal como lo mostró Angela Olinto durante la segunda parte de la conferencia.

Al comenzar su conferencia con la espectacular imagen del Universo profundo producida por el telescopio espacial James Webb, Olinto hizo referencia a otros diversos proyectos en marcha actualmente.

“El James Webb es un proyecto que tardó más de 20 años para tener resultado. Es un gran éxito, lo que nos pone muy contentos. La colaboración con la FAPESP, en Brasil, con la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, el Brian, en Australia, y otros es para construir el Giant Magellan Telescope [GMT], que constituirá una nueva generación de telescopios en apostados suelo. El James Webb posee una tecnología de 20 años atrás, porque no se cambian los detectores después de pasar 20 años probándolos. En suelo, como nuestra capacidad es mucho mayor, podremos contar con un telescopio con un espejo recolector de más de 25 metros de diámetro, en comparación con el espejo de seis metros del James Webb”, subrayó.

A ejemplo del GMT, tal como lo detalló la investigadora, existen aparatos en actividad actualmente que operarán en poco tiempo más en todos los rangos del espectro electromagnético: radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Hay gigantescos aparatos para la observación de las ondas gravitacionales, tales como el Ligo, el Virgo, el Kagra y otros. Y hay también grandes dispositivos o proyectos destinados a la prospección de astropartículas altamente energéticas, como el Pierre Auger Observatory, en Chile.

Estas astropartículas son núcleos de átomos o electrones que, al interactuar con la atmósfera terrestre, producen lluvias de partículas. “Los de alta energía son producidos por supernovas. Los de altísima energía, que constituyen mi objeto de interés, aún no sabemos. Es esto lo que estamos intentando descubrir. Hay rayos cósmicos con energías del orden de los 10²⁰ electronvoltios (eV), mucho más altas que aquellas que pueden obtenerse en la Tierra en los aceleradores como el Large Hadron Collider (LHC). Y que, por eso mismo, pueden informarnos sobre etapas aún más antiguas de la formación del Universo”, enfatizó Olinto.

Otro gran objeto de interés lo constituyen los neutrinos, que son los candidatos más sencillos para la composición de la materia oscura. Para su detección, aparte de megaemprendimientos, como la colaboración internacional Deep Underground Neutrino Experiment (Dune), Olinto mencionó el IceCube Neutrino Observatory, situado en la Antártida, con un tanque detector de un kilómetro cúbico de hielo.

La pregunta política del evento, detalladamente respondida por el tercer conferencista, Rob Adam, es si un país en desarrollo y, por ende, con recursos limitados, debe tomar parte en este tipo de empresas. Su institución, con él a la cabeza, tiene un rol destacado en la colaboración internacional Square Kilometer Array Observatory (SKAO).

Se trata de un impresionante conjunto de antenas que compondrán el radiotelescopio más extenso del mundo y que les permitirán a los astrónomos rastrear todo el cielo, con detalles sin precedentes, en la frecuencia del radio. Este aparato, 50 veces más potente que cualquier otro de su género, estará compuesto por centenas y eventualmente miles de antenas de mediana frecuencia, que se instalarán en Sudáfrica. Y por centenas de miles, y eventualmente más de un millón de antenas de baja frecuencia que se instalarán en Australia.

Adam ubicó a esta iniciativa en el contexto del proceso histórico y económico de Sudáfrica. Y destacó que, pese a las dificultades, el hecho de contar un proyecto de ese porte en el propio país constituye un enorme incentivo para el desarrollo de la industria local y para la producción de ciencia y tecnología en las universidades. “Al traer a los científicos y a los ingenieros más creativos y respetados, se crea un ambiente sumamente estimulante para los investigadores locales y los estudiantes”, puntualizó.

En cuanto al argumento que siempre se plantea, de que los países en desarrollo deberían concentrarse en hacer ciencia que produzca resultados socioeconómicos inmediatos, el investigador afirmó que, aunque no sea para nada equivocado hacer hincapié en una ciencia capaz de contemplar más directamente las necesidades de alimentación, salud y energía de la población, los ciudadanos más capacitados para afrontar esos problemas son exactamente aquellos cooptados por los grandes proyectos globales.

“Si esos grandes proyectos se concretan únicamente en los países desarrollados, los países en desarrollo nunca realizarán progresos significativos en ciencia y tecnología de primera línea, debido al drenaje de los mejores estudiantes e investigadores”, argumentó.

Tal como dijo el vicepresidente de la FAPESP durante la apertura de la conferencia, “todos nosotros nos hemos deparamos en algún momento de nuestras vidas en estado perplejidad ante la grandiosidad del cielo que nos cubre”. Y la investigación avanzada en astronomía y astrofísica no nos priva de esa perplejidad. Al contrario: la eleva a un nivel más alto todavía.

La 14ª Conferencia FAPESP 60 años: Astronomía y Astrofísica se encuentra completa en el siguiente enlace: www.youtube.com/watch?v=WNapRhYeVM8.

Y puede accederse a los eventos anteriores de la serie en: 60anos.fapesp.br/conferencias.