ÍndiceCUBIERTAPREFACIOPrimera parte. EL TAMAÑO DEL UNIVERSO

1. La cúpula blanca2. Lo elegimos porque es difícil3. Cuando el universo era una isla4. Un asteroide personal5. ¿Para qué sirven los astros?6. La majestuosidad china7. Los ojos de Josefa8. Cómo explicar el universo9. Dos estrellas en la arena10. Buscando a Galileo

Segunda parte. EL UNIVERSO DINÁMICO11. El cometa que no fue12. Una copa sobre la mesa13. Un semillero de muchos colores14. Capturar el universo15. La belleza del cielo austral16. Una revolución y una disputa17. Un descubrimiento fortuito18. El BIG BANG y los cálculos renales19. Las preguntas de Guillermo

Anexo ¿Qué son los eclipses solares?NOTASCRÉDITOS

Dedicado a Muti, Tata, Gonzalo,Benito, Tigre, Luna y Romeo

PREFACIO

He conocido a muchas personas quienes me dicen que, durante su infancia,quisieron ser astrónomos. Con el paso del tiempo, lo descartaron yterminaron desempeñándose en otras profesiones. Esto me ha llevado apensar que tras cada uno de los 7.000 millones de habitantes que habitan hoyel mundo existen, en potencia, un sinnúmero de astrónomos que quierensaber más de sus raíces cósmicas.

Tuve la fortuna de poder dedicarme profesionalmente a esta actividad, deaprender a usar telescopios y observar e investigar el universo. Estoyconvencido de que el astrónomo profesional es un intermediario entre elcosmos y el astrónomo que algunas personas llevan dentro. Espero que estelibro sea una especie de mediación y que, al mismo tiempo, se encuentre a laaltura de esta responsabilidad. Lo escribí pensando en lectores que no seanexpertos o se encuentren ya familiarizados con la astronomía, por tanto,pueden leerlo desde estudiantes de sexto básico en adelante. Está compuestopor diecinueve capítulos breves que, al inicio de cada uno incluye unaexperiencia o anécdota personal relacionada con el tema del capítulo. Ellector puede pasar por alto las experiencias y anécdotas con las cualesintroduzco cada uno de los temas abordados en este libro sin ningún riesgo deperder continuidad, en caso de que prefiera pasar directamente al contenidocientífico.

El propósito de estas páginas es, como verán, ofrecer un panorama generalde nuestro conocimiento sobre el universo, una excursión que va desde lomás cercano a lo más lejano, deteniéndonos en algunos paraderos paraexplorar más a fondo. En la primera parte comenzaremos un viaje desde la

Tierra hasta el límite de lo que podemos observar con las herramientas quenos otorgan la naturaleza y la tecnología. En la segunda parte veremos que eluniverso es dinámico y que ha evolucionado desde las partículas elementalesa construcciones cada vez más complejas como, por ejemplo, el Homosapiens.

En esta excursión viajaremos, por tanto, hacia el pasado, hasta elmismísimo big bang, e indagaremos sobre las semillas que dieron forma aluniverso tal y como es hoy. A menudo se asocia al big bang como elprincipio del tiempo, pero en realidad todo lo que podemos afirmar es queeste es, en realidad, el inicio de la expansión del universo ocurrida hace unos13.800 millones de años. Yo mismo he caído muchas veces en esta tentación,pero la verdad es que las herramientas que nos otorgan las teorías científicasson limitadas y no nos permiten descartar que el universo haya existido antesdel gran estallido.

Si bien he tratado de explicar cada uno de los elementos que componeneste libro con un lenguaje simple, he intentado al mismo tiempo lograrprofundidad e indagar en conceptos que no son necesariamente sencillos. Porun lado he querido compartir información científica con el lector, pero lo quemás me ha motivado a escribirlo es que la lectura provoque curiosidad y que,después de este viaje, surjan muchas preguntas. Debo reconocer de antemanoque los últimos dos capítulos son los de mayor dificultad conceptual. Elúltimo, en particular, es más abstracto y especulativo. Plantea preguntasfundamentales que hasta hace poco no parecían siquiera posibles de abordarcientíficamente: ¿Está el universo hecho para nosotros o hay multiplesuniversos paralelos? ¿Tuvo el universo un principio en el tiempo? Llegados aese punto, recomiendo respirar profundo y leer más lento.

Hacia el final de esta excursión veremos que, si bien la astronomía nos hapermitido avanzar un gran trecho en entender cómo ocurrió el big bang y porqué el universo es cómo es, aún quedan muchas preguntas por responder. Así

es la ciencia: una de las herramientas más poderosas que tenemos paraentender la naturaleza, pero que aún tiene límites.

Mientras escribía este libro, me enteré de un importante acontecimiento:nos encontramos en la antesala de dos eventos astronómicos que ocurriránpróximamente en nuestro país. Se trata de los dos eclipses totales de Sol quepodrán ser observados desde Chile en 2019 y 2020, el primero desde laregión de Coquimbo y el segundo desde la región de la Araucanía. Loseclipses totales de Sol ocurren en angostas franjas sobre la superficie de laTierra, por lo cual es inusual que uno de ellos ocurra justo donde uno seencuentre. Más inusual es que ocurran dos eclipses solares totales en unamisma zona geográfica. Recomiendo hacer lo posible por viajar a esasfranjas, pues van a transcurrir veintiocho años para poder presenciarnuevamente un evento de este tipo desde nuestro país.

Finalmente quiero agradecer a Francisco Yankovic, Marcela Paz Molina,Miguel Pita, Máximo Bañados, Paulina Lira, Gonzalo Palma, LuisaValenzuela y a Gonzalo Valenzuela, por la gentileza de leer algunas partes deeste libro, así como a la Universidad de Chile y a CONICYT, institucionesdonde he podido dedicar parte de mi tiempo a una de mis pasiones: ladivulgación de la ciencia.

Estimados viajeros: aseguren sus cinturones y comencemos esta aventuracósmica.

MARIO HAMUY W.

Agosto de 2018

Primera parteEL TAMAÑO DEL UNIVERSO

1

LA CÚPULA BLANCA

En febrero de 1973 emprendí con mi familia un viaje al norte de Chile.Íbamos en un Peugeot 404 de color rojo. Nos trasladábamos a Vicuña, laciudad natal de Gabriela Mistral. La primera parada, al final del día, fue lahostería de esta localidad, ubicada al interior de La Serena, en el Valle delElqui. El río, del mismo nombre, aporta el color verde al lecho del valle, quese encuentra rodeado de áridos cerros, amarillos de día y anaranjados alatardecer, todo debajo de un cielo azul intenso y prístino. Tenía 12 años. Loque más me llamó la atención desde que llegamos fue un empinado cerro,sobre cuya cima se erguían una serie de figuras blancas. A juzgar por sudistancia, unos 20 kilómetros, debían ser enormes estructuras. Su formacupular revelaba la sofisticada mano del hombre.

Se trataba del observatorio astronómico Cerro Tololo, ubicado a 2.200metros sobre el nivel del mar, cuyo nombre significa, en lengua aimara, «alborde del abismo». El cerro había sido elegido, a comienzos de los sesenta,por el Observatorio Nacional de los Estados Unidos como la instalaciónhermana del observatorio de Kitt Peak, ubicado en Arizona, para explorar eluniverso desde el hemisferio austral. La búsqueda del sitio óptimo se hizorecorriendo la Cordillera de los Andes y el Desierto de Atacama a lomo demula por un equipo de astrónomos chilenos y norteamericanos. El lugarelegido era privilegiado por la limpidez de sus cielos y sus virtuosos vientos,sin turbulencias, que aseguraban las imágenes más nítidas del firmamento.

Con sus insuperables condiciones como ventana al universo, el presidente

Eduardo Frei Montalva inauguraba allí, en 1967, el observatorio quealbergaría, a partir de 1973, el telescopio óptico más grande del hemisferioaustral, cuyo espejo de cuatro metros de diámetro nos sigue deslumbrandohasta el día de hoy con los descubrimientos más importantes del cosmos.

Su majestuosa cúpula blanca, equivalente a un edificio de doce pisos dealtura, fue la figura que por entonces me conmovió, estimulando miimaginación hasta el infinito, sin saber que diez años después llegaría a esacima como estudiante de astronomía.

Sin embargo, antes de llegar a contemplar el cielo, debemos introducirnosen algunos aspectos formales que nos serán de utilidad en esta excursión porel universo.

Distancias en el universo

El universo es la totalidad de lo que existe. Esta definición nos permiteafirmar que no existe un «afuera» del universo. Veremos más adelante, sinembargo, que en los últimos años se ha tornado muy popular la idea de que lanaturaleza haya formado un sinnúmero de universos paralelos. Hasta ahorano hemos encontrado ninguna evidencia científica que apoye esta teoría, porlo que aún se encuentra en el plano de la especulación. Pero, si algún díalográramos demostrar la existencia de otros universos, estos pasarían a serparte de un universo mucho más grande que el que hoy conocemos.

Habiendo presentado nuestro objeto de estudio, partamos nuestro recorridocon una pregunta fundamental: ¿Se puede medir el universo? Para describir lavastedad del cosmos debemos usar como referencia una unidad de distancia.El conocido «kilómetro», útil en la Tierra, es un patrón muy pequeño, ya quelos números que se requerirían para especificar las distancias en el espacioserían enormes, incluso para medir la distancia con nuestra estrella máscercana. Debemos utilizar, por tanto, alguna otra unidad, de modo que los

números que se usen para describir el tamaño del universo sean máspequeños. Es decir, si agrandamos el patrón de medida, entonces los númerosse reducen. Como veremos, aun tomando esta precaución, los números —como las distancias— resultan muy grandes.

La unidad más habitual que se usa para medir distancias en el universo esel «año luz». La luz, nuestra mensajera cósmica,[1] tiene una velocidadcaracterística de desplazamiento de 300.000 kilómetros por segundo y estaes, a su vez, una constante universal.[2]

Cuando observamos un objeto lejano, esa información se demora en llegara nosotros, puesto que la luz tiene que viajar a la velocidad reciénmencionada. Lo anterior, si bien resulta a primera vista una ventaja, tambiénresulta ser una desventaja, y es que 300.000 kilómetros por segundo es lamáxima velocidad a la que cualquier información física puede viajar. Hastadonde sabemos, nunca vamos a poder movernos más rápido que a esavelocidad. Por tanto, los viajes en el espacio se hacen muy difíciles. Sipudiéramos impulsar un objeto a la máxima velocidad que nos permite lafísica, llegar a la estrella más cercana nos tomaría cerca de cuatro años.

Que la luz no se propague de manera instantánea implica que siempreestamos recibiendo luz del pasado. Los astrónomos estamos atrasados con lasnoticias que llegan desde fuera. Sin embargo, la ventaja de esta situación esque cuando observamos una estrella lejana lo hacemos en el pasado: lo queobservamos es la luz que emanó de dicho objeto un tiempo atrás y que tuvoque recorrer la distancia que nos separa de dicha estrella. Al capturar unaimagen del universo, por tanto, no estamos obteniendo una fotografíainstantánea, ya que en la misma imagen astronómica veremos estrellaslejanas cuya luz emanó hace poco tiempo, objetos un poco más distantes,cuya luz tuvo que viajar más para llegar a nosotros, y así sucesivamente.

De esta manera, y gracias a que la velocidad de la luz no es infinita, hemospodido reconstruir la historia del universo. Si la información se propagara

instantáneamente, estaríamos viendo el universo como es en la actualidad yno podríamos saber cómo fue en el pasado.

La velocidad de 300.000 kilómetros por segundo implica que la luz recorredicha distancia en un segundo de tiempo (300.000 x 1). A esta distancia lallamamos el «segundo luz». Esta última no es una medida de tiempo sino dedistancia. Es la distancia que recorre la luz en un segundo.

Ahora podemos pensar en una unidad más grande: la distancia que recorrela luz en un minuto. Es cuestión de multiplicar el número anterior por 60segundos (300.000 x 1 x 60) y la unidad de distancia llega a 18.000.000kilómetros.

Si continuamos este ejercicio, podemos hacer crecer la barra de medida ala «hora luz», multiplicando el «minuto luz» (300.000 x 1 x 60) por los 60minutos que hay en una hora (300.000 x 1 x 60 x 60), y el patrón llega ahoraa 1.080.000.000 kilómetros.

Luego podemos pasar al «día luz». Para eso tenemos que multiplicar elnúmero anterior (300.000 x 1 x 60 x 60), por las veinticuatro horas que tieneun día (300.000 x 1 x 60 x 60 x 24), lo cual arroja una distancia de25.920.000.000 kilómetros.

Finalmente, llegamos a la unidad que estamos buscando: el «año luz». Paraeso tenemos que multiplicar el número anterior, por los 365,25 días que duraun año promedio (300.000 x 1 x 60 x 60 x 24 x 365,25), lo que corresponde auna distancia de 9.467.280.000.000 kilómetros. Este es el año luz expresadoen kilómetros: una unidad para medir distancias. Por su nombre, a menudolas personas piensan que se trata de una unidad de tiempo, sin embargo no loes. El año luz es la distancia o longitud que recorre la luz durante un año en elespacio vacío.

Premunidos de estas convenientes unidades de distancias, comenzaremosnuestro recorrido. Más adelante veremos que el universo observable es unaesfera centrada en nosotros con un radio de 13.800 millones de años luz,

aunque por ahora partiremos por lo más cercano, viendo cómo cambian lasdistancias a medida que nos alejamos de nuestro planeta.

2

LO ELEGIMOS PORQUE ES DIFÍCIL

Yuri Gagarin fue un cosmonauta soviético y el primer ser humano en llegar alespacio exterior, el 12 de abril de 1961. En plena Guerra Fría entre la UniónSoviética y los Estados Unidos, esta proeza tecnológica provocaría unafrenética carrera entre ambas potencias por llegar primero a la Luna con elobjetivo de demostrar, al mismo tiempo, su liderazgo tecnológico y cultural.

El presidente John F. Kennedy afirmaría, un año después, que EstadosUnidos lograría llegar a nuestro satélite más cercano antes de que terminara ladécada. Notables fueron sus palabras: «Elegimos ir a la Luna. No porque seafácil sino porque es difícil». Durante los sesenta fuimos testigos del programaApolo de la NASA, cuyas sucesivas misiones eran informadas a través de laprensa. La ansiedad crecía a medida que el plazo se hacía más cercano.

A fines de los sesenta había un aparato de televisión en mi casa. Eraimportado, por lo tanto era necesario un enorme y pesado transformadoreléctrico que convirtiera los 220 voltios chilenos a los 110 voltios para loscuales el aparato había sido diseñado. Su pantalla de diecinueve pulgadas,inmensa para la época, nos permitía ver imágenes en blanco y negro. Fue asíque durante una noche de invierno, el 20 de julio de 1969, en pijama yenvuelto en una frazada, reunido junto a mis padres, mis dos hermanas y migato romano llamado Caco, logré ver las borrosas imágenes del alunizaje delApolo 11 en el Mar de la Tranquilidad, la concreción de la promesa deKennedy y la proeza de la llegada de los dos astronautas norteamericanos a laLuna: Neil Armstrong y Edwin «Buzz» Aldrin. Armstrong fue el primero en

descender la escalera y posar su pie en suelo lunar. Allí acuñaría la célebrefrase: «Es un pequeño paso para un hombre, pero un gran salto para lahumanidad».

Con mi padre fuimos los últimos en apagar el televisor cerca de lamedianoche, rendidos por el sueño, pero con la sensación de haber sidotestigos de una hazaña que parecía imposible y ya era realidad.

Esta experiencia quedaría grabada en mi memoria y sería fundamental almarcar mi interés por la exploración del espacio. Todo esto partió observandoel satélite más cercano a la Tierra.

La Luna… a segundos luz

Nuestro planeta tiene 12.742 kilómetros de diámetro. Si usamos el año luzcomo unidad de medida obtenemos 0,00000000013 años luz. Como podemosapreciar, el año luz no es una unidad muy cómoda para expresar el diámetrode la Tierra. De todas las unidades de distancia a las que me he referidoanteriormente, la que más nos conviene es el segundo luz. Bajo esta unidad,la Tierra tiene solo 0,042 segundos luz de diámetro, un número mucho másfácil de manejar y recordar. En solo un segundo la luz da siete vueltasalrededor de nuestro planeta.

Dirijámonos ahora a la Luna, nuestro satélite natural y el objetoastronómico más cercano a la Tierra. Con sus 3.474 kilómetros de diámetro,se trata de un satélite muy grande en relación a la Tierra: ¡un cuarto de sudiámetro!

En el sistema solar hay, además del nuestro, cuatro planetas decomposición rocosa cercanos al Sol: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Aestos se les denomina colectivamente como «planetas terrestres». NiMercurio ni Venus tienen satélites, pero Marte posee dos pequeñas lunas conforma de papas.

Lejanos al Sol se encuentran los cuatro planetas gaseosos: Júpiter, Saturno,Urano y Neptuno, denominados «planetas jovianos», los cuales tienensatélites naturales en gran número. Esto porque son objetos mucho másmasivos que los planetas terrestres y tuvieron la capacidad de atraer materialdisponible a su alrededor y, de esta forma, pudieron formar lunas alrededorde ellos cuando se construía el sistema solar. Cabe preguntarse entonces:¿Por qué la Tierra tiene una Luna proporcionalmente tan grande, inclusocomparable en tamaño a aquellas de los planetas jovianos?

La hipótesis general es que la Luna no resultó del poder de atracción de laTierra, sino que se formó en las etapas tempranas del sistema solar comoresultado de la colisión de la Tierra con otro planeta de tamaño similar aMarte. El choque habría expulsado material al espacio, que habría quedadoorbitando en torno a nuestro planeta para luego concentrarse y formar laLuna. Prueba de lo anterior es que la composición mineral de la Luna seasemeja bastante a la de la corteza terrestre.

Por esta razón, a menudo se considera que la Tierra y la Luna son planetascompañeros, y que ambos constituyen un sistema planetario doble (ver Figura1).

De cualquier modo, nuestra compañera, la Luna, se encuentra a unadistancia media de 384.000 kilómetros, y de todas las unidades de distanciaque describimos en el capítulo anterior la más cercana para medir nuestradistancia con ella es el segundo luz. Con este patrón, la separación entre laTierra y la Luna es de tan solo 1,3 segundos luz (ver Figura 2). En otraspalabras, todo lo que vemos de la Luna ocurrió, técnicamente, en el pasado.Cuando Neil Armstrong posó su pie en ella esa noche de julio de 1969, nosenteramos por televisión 1,3 segundos más tarde.

3

CUANDO EL UNIVERSO ERA UNA ISLA

En julio de 2016, cerca de ciento treinta astrónomos de más de veinte paísesnos reunimos en la isla de Rapa Nui, el «ombligo del mundo», a 3.800kilómetros de distancia de tierras continentales. El motivo de esta reunión eracompartir, durante una semana, los avances científicos de nuestrasinvestigaciones sobre supernovas, aquellas estrellas que culminan sus vidasen colosales explosiones. La organización científica y logística habíacomenzado casi dos años antes gracias al entusiasta grupo de investigadores ycultores del estudio de las supernovas en Chile.

Queríamos realizar este encuentro en un lugar especial. Algunos venían delas antípodas de nuestro planeta y habían viajado más de cuarenta horas paraconvertir a la Isla de Pascua, durante una semana, en la capital mundial de laastronomía. La motivación era, también, honrar a dos astrónomosnorteamericanos, Mark Phillips y Nick Suntzeff, quienes habían realizadogran parte de sus carreras científicas en los observatorios del norte de Chile,siendo formadores y mentores de un grupo de jóvenes que ya volaban con suspropias alas.

Como toda conferencia científica que se precie, el registro fotográfico finalresultaba infaltable. Estando allí, la postal obligada era retratar a los cientotreinta astrónomos junto a los esculturales moais. El desafío era encontrar unsitio donde estos le dieran la cara al Sol al atardecer, de modo que losastrónomos pudieran posar delante de las estatuas. Investigando los distintosAhus, las plataformas ceremoniales, llegamos a la conclusión que solo uno de

ellos reunía las condiciones: el Ahu Akivi. La logística, sin embargo, no erasencilla. Había que trasladar a todo el grupo desde el hotel de la conferenciahasta el sitio ceremonial, separado por varios kilómetros, con escasosminutos entre la última charla de la tarde y la puesta de Sol. Cruzábamos losdedos para que no estuviera nublado.

Los buses disponibles en la isla estaban dispuestos a la salida del hotel a lahora señalada y prontamente desfilaban por sinuosos y angostos caminos,hasta llegar al monumento, para darnos al fin cita con nuestros anfitriones:los siete moais que componen el Ahu Akivi. El cielo estaba semicubierto ydejaba caer algunas gotas. Desde esa altura era posible comprender acabalidad la decisión de los arquéologos Edmundo y Alexandra Edwards detitular Cuando el universo era una isla su libro sobre Rapa Nui.

Cuando ya parecía que el esfuerzo quedaría en nada, en plena puesta deSol, se abrió un claro en el cielo que iluminó al grupo y a nuestros anfitrionescon una perfecta luz anaranjada que había viajado desde el astro rey parabrindarnos un retrato inolvidable.

El Sol… a minutos luz

El Sol es nuestra principal estrella. Es una más entre miles de millones, peroes la más cercana a la Tierra y a ella le debemos, gracias a su energía, elfenómeno de la vida. Sus 1,4 millones de kilómetros de diámetrocorresponden a cerca de 4,7 segundos luz. Es 109 veces mayor que la Tierra,lo que nos indica que se trata del mayor cuerpo celeste del sistema solar.

Con más del 99,8 por ciento de toda la masa que compone el sistema solar,el Sol es el rector indiscutido en este rincón del universo. Ha brillado por4.500 millones de años —el último tercio de la historia del universo— debidoa la energía nuclear que emana de su corazón, que late a 16 millones de

grados Celsius y que se transporta en forma de partículas de luz conocidascomo «fotones».

Cada fotón creado en el centro del Sol debe atravesar una gruesa manta degas antes de poder emerger al espacio. El fotón choca frecuentemente con losátomos de la envoltura y es desviado en su intento por viajar en línea recta.Cada paso, menor a un milímetro, implica un tortuoso y continuo zigzagueo(conocido también como random walk) para el atribulado fotón. Luego demiles de millones de colisiones en este laberinto, en unos 100.000 añoslogrará finalmente llegar a la superficie. Allí la temperatura es de tan solo5.500 grados Celsius. En estas condiciones, el material que compone el Sol seencuentra en forma gaseosa (al igual que todo su interior), por lo que susuperficie no es sólida como la de la Tierra.

En teoría, podrías hundir tu brazo en la superficie del Sol, aunque no terecomiendo esa experiencia.

El esfuerzo del fotón habrá valido la pena y la partícula podrá viajar por elespacio sin mayores obstáculos. A 150 millones de kilómetros de distancia dela Tierra, la luz llegará a nosotros en solo 8,3 minutos viajando en línea recta.Es decir, el Sol se encuentra a una distancia media de 8,3 minutos luz (verFigura 3). Cuando estás viendo la puesta de Sol junto a alguien, podrásdeslumbrarle si le comentas que ese evento ocurrió hace más de ochominutos. Y si la conversación continúa, puedes mencionar que si tuviéramosel poder de apagar el Sol, tal como apagamos cualquier ampolleta,tendríamos 8,3 minutos más para contemplarlo antes de que el cielo seoscurezca. Puedes finalizar el diálogo con un dato tranquilizador: el corazóndel Sol seguirá latiendo durante otros 4.500 millones de años antes de agotarsu combustible nuclear.

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UN ASTEROIDE PERSONAL

En marzo de 2008 publiqué junto a José Maza un libro titulado Supernovas.El explosivo final de una estrella, un tema que habíamos investigado durantelas últimas dos décadas. Un ejemplar llegó a manos de Rafael Ferrando, unastrónomo aficionado de nacionalidad española. Aunque formado en el áreade la electricidad y electrónica, Rafael se dedica profesionalmente en laactualidad a las artes gráficas. La astronomía, sin embargo, le producíainquietud desde pequeño y, aunque era un aficionado ya en su juventud, nofue sino hasta 1996 cuando pudo construirse su propio observatorio, lo que lesignificó poder dedicar más tiempo a la observación y especializarse enalgunos campos como el estudio de los asteroides, cometas y supernovas.

Una de las actividades que realiza Rafael desde su ObservatorioAstronómico Pla D´Arguines, ubicado en la provincia española de Castellón,es la búsqueda de asteroides. Sus hallazgos se han realizado a partir deimágenes digitales obtenidas con tres pequeños telescopios de 30 y 40centímetros de apertura. Su técnica consiste en obtener unas 15 y 20 tomaspor campo y realizar una animación para ver si hay objetos que se desplacenen el campo visual. Cualquier objeto que Rafael ve desplazándose lo lleva acomprobar su posición en el catálogo público de asteroides y pequeñosplanetas. Si el objeto no aparece en el catálogo, le hace una nueva toma(durante una segunda noche) para confirmarlo y entonces las medidas (conuna designación provisional que él les pone) las envía al catálogo público. Harealizado más de 500 descubrimientos hasta la fecha, entre ellos, dos de los

asteroides denominados peligrosos para nuestro planeta (más conocidoscomo NEOs por su sigla en inglés) por la posibilidad de que eventualmentepasen cerca de nuestra órbita.

El asunto es que tanto fue el entusiasmo de Ferrando al recibir y leernuestro libro, que a ambos autores nos dio un regalo: nombrar con nuestrosapellidos dos asteroides descubiertos por él. Así es como uno fue bautizadocon mi apellido. El asteroide 109097, descubierto el 19 de agosto de 2001,ahora conocido como «asteroide Hamuy», está ubicado a 350 millones dekilómetros del Sol, entre las órbitas de los planetas Marte y Júpiter, tiene undiámetro aproximado de 5 kilómetros y demora 3,5 años en completar unavuelta al Sol.

El sistema solar… a horas luz

Hemos mencionado anteriormente que el Sol es, por lejos, el mayor cuerpodel sistema solar. A continuación veremos su «arquitectura».

En la parte interior se encuentran los cuatro planetas de composición sólida—Mercurio, Venus, Tierra, Marte—, los cuales se desplazan alrededor delSol en órbitas casi circulares. Más lejanos se encuentran los cuatro planetasgigantes gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Entre las órbitas de Marte y Júpiter se ubica el «cinturón de asteroides»,que alberga miles de cuerpos rocosos compuestos de diversos minerales yformas irregulares de tamaños mucho menores que la Luna. En conjunto, losasteroides solo alcanzan a sumar el 4 por ciento de la masa de nuestrosatélite. El más grande de los objetos es Ceres, de forma esférica, que poseeun diámetro de 950 kilómetros (la cuarta parte del diámetro de la Luna). Elcinturón resultó de los residuos de la formación del Sol que, hace 4.500millones de años, quedaron dispersos al no tener suficiente masa paraagruparse en un solo planeta.

Júpiter es el mayor de los planetas gaseosos y el más cercano a la Tierra.La separación entre ambos varía durante el año entre 35 y 50 minutos luz.Júpiter se puede ver en el cielo nocturno a simple vista como un objeto muybrillante, cuya luz viajó por cerca de 40 minutos para llegar a nosotros.

Neptuno es, a su vez, el planeta más lejano al Sol, diez veces más lejanoque Júpiter. La distancia entre ambos es de 4,2 horas luz, treinta veces mayorque la distancia entre el Sol y la Tierra, lo cual nos da una idea del tamaño delas órbitas de los planetas (ver Figura 4).

Más allá de la órbita de Neptuno se encuentran los objetos«transneptunianos»: objetos pequeños, sólidos, hechos de rocas y hielos queforman un disco denominado «cinturón de Kuiper», que también orbita entorno al Sol a una distancia de entre 4,2 y 7,6 horas luz.

El objeto más grande descubierto hasta la fecha en este disco es Plutón,con 2.370 kilómetros de diámetro (un 33 por ciento menor que la Luna).Plutón era considerado el noveno planeta del sistema solar, pero a partir de2006, y por decisión de la Unión Astronómica Internacional, pertenece a lacategoría de los «pequeños planetas» o «planetas enanos», de los que existencerca de una docena, descubiertos hasta la fecha, en el cinturón de Kuiper.[3]Se conocen cerca de 800 objetos en dicho cinturón, algunos muy pequeños,de tan solo 100 kilómetros de diámetro.

Por tratarse de cuerpos compuestos de hielo y roca, se cree que el cinturónde Kuiper alberga numerosos cuerpos de tamaños menores, algunos de loscuales se acercan ocasionalmente al Sol en órbitas muy alargadas. A medidaque se acercan, sus hielos se calientan y generan enormes colas de gas: sonlos célebres cometas.

Algunos estudios sugieren que el cinturón de Kuiper podría albergar a unobjeto mayor que Plutón, al cual se ha denominado hipotéticamente «PlanetaX». Sin embargo, el hallazgo no ha sido confirmado hasta ahora.

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¿PARA QUÉ SIRVEN LOS ASTROS?

Corría el año 1990, pocos meses luego de que regresara la democracia aChile. Mi padre había sido elegido diputado y presidía la Comisión deGobierno Interior de la Cámara. En ese rol tomó la iniciativa de hacer itinerara la comisión por distintas ciudades del país. Su paso por La Serena coincidiócon mi residencia en la región de Coquimbo, mientras me desempeñaba en elobservatorio de Cerro Tololo. Gracias a la buena voluntad del director delrecinto, Bob Williams (de quien hablaré más adelante), logramos que toda lacomisión pudiera subir a conocer el observatorio de noche, una raraexcepción que está reservada para visitas muy especiales. Nos encontrábamosen la sala de comando del telescopio de 1,5 metros, haciendo gala de lasavanzadas tecnologías con las cuales se podría operar el mismo a distancia,cuando llegó la consulta de la esposa de uno de los diputados: «¿Para quésirven las estrellas?». A mis treinta años, y con bastante experiencia en ladivulgación de la astronomía, quedé con la mente en blanco frente a unapregunta tan sencilla. ¿Cuál es la utilidad de los astros? Afortunadamente otroastrónomo salió al rescate de mi embarazoso estado de shock. Y hoy, conalgo de retraso, puedo responder a esa pregunta.

Las estrellas… a años luz

Debido a sus particulares movimientos en el cielo con respecto al resto de lasestrellas, los planetas del sistema solar son viejos conocidos para el ser

humano.[4] Cinco de ellos, sin contar la Tierra, son visibles con facilidad enel cielo nocturno, por lo que ya habían sido denominados con nombrespropios desde la Antigüedad.

Hasta el siglo XVI el modelo cósmico más aceptado consideraba que losdemás planetas, así como el Sol y la Luna, giraban en torno al nuestro, cadauno aferrado a una esfera invisible centrada en la Tierra. Las estrellas, porotra parte, se encontraban aferradas a una misma esfera más lejana.

Fue recién en los siglos XVI y XVII, gracias a la invención del telescopio yotros instrumentos, que la verdadera arquitectura del sistema solar comenzó adevelarse, con el Sol al centro y la Tierra y los demás planetas en órbita a sualrededor. Una vez que el astro rey tomó su rol de liderazgo indiscutido en eluniverso conocido, durante el siglo XVII, comenzó a tomar fuerza la noción deque las estrellas podrían ser soles como el nuestro pero ubicados a enormesdistancias. Y es que, con el desarrollo de los telescopios, se comenzó aestablecer que las estrellas se encontraban a distintas distancias del Sol. Fueasí que comenzó a dibujarse, poco a poco, su distribución en el espacio.

Para tener una idea de la distancia que existe entre las estrellas y nosotros,consideremos el cuerpo estelar más cercano al Sol: Alfa Centauro. Tal ycomo indica su nombre, se trata de la estrella más brillante de la constelacióndel Centauro, distinguible a simple vista cerca de la familiar constelación dela Cruz del Sur.[5] Alfa Centauro se encuentra a 4,2 años luz de distancia (verFigura 5).

Si pudiéramos convertir el Sol y Alfa Centauro al tamaño de una pelota defútbol, la distancia entre ambas pelotas sería de 8.500 kilómetros. En otraspalabras, sería como si una pelota estuviera en Santiago de Chile y la otra enNueva York. Como ven, es muy poco probable que las estrellas choquenentre sí.

Los astros varían mucho en sus características: sus tamaños pueden ser,por ejemplo, de solo 10 kilómetros de diámetro y hasta 500 veces el tamaño

solar; las masas pueden variar entre 0,1 y 100 veces con respecto al Sol y lomismo ocurre con sus temperaturas superficiales, que van desde los 3.000 alos 50.000 grados Celsius. Algunas estrellas acaban de nacer y otras hanvivido desde los orígenes del universo.

Desde distintos puntos de vista, el Sol es una estrella de clase media, nimuy grande ni muy chica, ni muy fría ni muy caliente, de color amarillo, nimuy vieja ni muy joven.

Así como ocurre en el centro del Sol, los astros alcanzan temperaturas demillones de grados Celsius en sus interiores. Producto de aquello, las estrellasgeneran energía y, de forma gradual, fabrican nuevos elementos. Es lamanera en que surge, por ejemplo, el oxígeno que respiramos.

Las estrellas sirven, en este sentido, como fábricas de elementos químicosy de energía. En otras palabras, sustentan la vida en el universo.

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LA MAJESTUOSIDAD CHINA

En mayo de 2017 formé parte de una delegación de científicos chilenos queviajaron a Beijing con el objeto de promover la cooperación científica entreChile y China en el ámbito de la investigación antártica. Nuestro viajecoincidió con una visita presidencial a China. Al llegar a la capital, la amablefuncionaria de la embajada chilena me sorprendió con la entrega de un sobredonde venía una invitación para asistir a la recepción oficial del gobiernochino a la presidenta Michelle Bachelet, a pesar de que no formaba parte desu delegación.

Esa tarde entré al Palacio del Pueblo Chino, una monumental construcciónubicada frente a la legendaria Ciudad Prohibida. Luego de unos minutos deespera junto a la delegación, nos invitaron a pasar al comedor, una habitaciónde cielos altos, mesas redondas decoradas de flores y pequeños platos condelicias orientales. Estaba en este proceso de admirada contemplación cuandome acompañaron hasta el lugar donde se encontraba mi silla, ubicada en unagran mesa redonda para cerca de doce personas.

Mientras trataba de memorizar los impronunciables nombres de loscomensales chinos ubicados a mi costado, vi llegar a la presidenta Bachelet yal presidente Xi Jinping, ¡quienes se sentaron en la mesa donde meencontraba! Platillos de distintas preparaciones llegaban rápidamente anuestros puestos y, a idéntica velocidad, eran reemplazados por otros. Intentéconversar con el comensal ubicado a mi derecha, quien permanecía muyserio. Para lograrlo aproveché al traductor que estaba sentado medio metro

detrás de nosotros. Al principio costaba encontrar un tema de interés común,pero bastó con que le dijera que soy astrónomo para que el diálogo fluyera.Contesté a todas sus inquietudes sobre los exoplanetas y la posibilidad de queestos alberguen vida.

Estaba haciendo mis mejores esfuerzos por darme a entender de unamanera sencilla respecto a esto último cuando, sin previo aviso, lospresidentes se pusieron de pie y procedieron a retirarse. Un delicioso heladodecorado con flores quedó frente a mí sin haber podido probarlo, y miexplicación, inconclusa.

Exoplanetas… a años luz

A medida que se consolidaba la noción de que las estrellas podrían ser solescomo el nuestro pero ubicados a enormes distancias, también fue tomandofuerza la idea de que dichas estrellas pudiesen contener planetas. Estaposibilidad se mantuvo en el plano de la especulación hasta que los adelantostecnológicos permitieron, en 1995, realizar el descubrimiento del primerplaneta fuera del sistema solar. No se obtuvo una detección visual directa,pero su presencia se confirmó por el movimiento que este le imprimía a supropia estrella.

Si bien los planetas tienen una masa pequeña comparada con la de lasestrellas, también ejercen una fuerza de atracción sobre ellas y, al mismotiempo, las estrellas reaccionan con un movimiento leve pero regular. En1995, los astrónomos notaron que la estrella 51 Pegasi, a 50 años luz delsistema solar, mostraba un pequeño movimiento cíclico durante el cualbailaba acercándose y alejándose de nosotros. El análisis de los datos mostróque el «bamboleo» era justamente consecuencia de la atracción de un planeta,con cerca de la mitad de la masa de nuestro vecino Júpiter, a medida queorbitaba alrededor de su estrella. El cuerpo celeste que cambió la historia ha

sido informalmente bautizado como Belerofonte, en honor al héroe de lamitología griega, una de cuyas hazañas fue domar al caballo alado Pegaso.

El nombre genérico de los planetas que orbitan estrellas diferentes del Soles el de «planetas extrasolares» o «exoplanetas». En poco más de dos décadasya hay más de 3.000 exoplanetas conocidos. La gran mayoría son gigantesgaseosos de masas elevadas como Júpiter, pues imprimen un mayorbamboleo a su estrella y son más fáciles de detectar. Para descubrirexoplanetas pequeños como la Tierra hubo que esperar a que las tecnologíasse perfeccionaran. Recién en 2015, por ejemplo, pudimos saber que Kepler-438b es un exoplaneta muy parecido a la Tierra. Su ubicación se encuentra a472,9 años luz de nuestro sistema solar.

En la actualidad se conoce una docena de planetas del tamaño de la Tierra.Esto indica que, a pesar de la dificultad para identificarlos, se trata de cuerposbastante comunes y podría haber 40.000 millones de planetas parecidos a laTierra en nuestra galaxia, muchos de ellos a la distancia apropiada de suestrella como para que se encuentre en ellos agua en forma líquida. Estosadelantos llevan a pensar, naturalmente, que podría haber vida como en laTierra en diversos rincones del universo. Sin embargo, es importante poneruna nota de cautela, ya que es imposible saber aún cuán probable es que serepitan, en otros lugares, los procesos físico-químicos que dieron lugar alsurgimiento de la vida en nuestro planeta.

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LOS OJOS DE JOSEFA

He impartido numerosas charlas de divulgación sobre astronomía. Lasdictaba, principalmente, a estudiantes de educación media y adultos. Nohabía tenido la oportunidad o (también habría que decir) el coraje deenfrentarme a un público compuesto por niños, pues creía que no era capazde utilizar el lenguaje adecuado. Sin embargo, hace un año me enteré queLuca Gambino y Francisco Gatica, estudiantes de tercero básico, habíandecidido exponer sobre mi trabajo en supernovas en sus respectivos colegiosen Santiago y Chiguayante. Al recibir esa curiosa noticia, decidí atreverme adictar charlas a estudiantes más pequeños, y la verdad es que son las que másdisfruto, al ver sus ojos que brillan de curiosidad y su interés por realizarpreguntas y comentarios que no dejan de sorprenderme. La clave para queuna charla resulte una buena experiencia para todos, es que los niños puedanrealizar preguntas y emitir opiniones. En Ovalle, por ejemplo, una niña deocho años, con timidez pero con muchas ganas de participar, compartió consus compañeros que cada noche ponía una manta en el patio de su casa, serecostaba y… se ponía a contemplar el cielo. Con sus propios ojos, sin laayuda de un telescopio, Josefa Chacón ha podido disfrutar la observación dela Vía Láctea.

La Vía Láctea… a miles de años luz

Si te alejas de la contaminación lumínica de las ciudades, podrás ver que

cruza el cielo una maravillosa franja de luz difusa: es la Vía Láctea. Elcontraste entre zonas más brillantes y otras oscuras delinea la forma de unimponente pájaro de gigante envergadura (ver Figura 6).

Con la ayuda de un pequeño telescopio es posible apreciar que los sectoresbrillantes están compuestos por millones de débiles objetos puntuales, esdecir, estrellas que se superponen unas a otras y que parecen formar uncontinuo. La observación de la Vía Láctea con la ayuda de los telescopioscomenzó desde el siglo XVII a arrojar las primeras luces de que las estrellas noestaban distribuidas al azar en el espacio.

El reconocido filósofo Immanuel Kant, por ejemplo, planteaba ya en 1755que las estrellas se organizan con la forma de un disco achatado. Aunque ladeterminación de las distancias de las estrellas aún no era posible de obtener,el modelo fue perfeccionándose sobre la base del conteo de estrellas endistintas direcciones. Acaloradas discusiones se dieron en torno a la forma ytamaño de la Vía Láctea, así como sobre la posición del Sol en este sistemaestelar. Sin embargo, fue recién en 1838 cuando el astrónomo FriedrichWilhelm Bessel pudo obtener la primera medición directa de la distancia auna estrella a través de la paralaje trigonométrica. La idea tras este método esmuy simple. A medida que la Tierra orbita en torno al Sol durante el año, laobservación de una misma estrella, separada por seis meses, revelará que estaparece moverse en el cielo con respecto a las estrellas de fondo.[6] El ánguloen que la estrella se mueve es una medida directa de su distancia.

Gracias a la paralaje trigonométrica, la arquitectura de la Vía Láctea fuetomando la forma de un sistema estelar de 200.000 millones de estrellasconcentradas en un disco delgado, mezcladas con gas y polvo, con undiámetro visible de unos 100.000 años luz, donde el Sol se encuentra a30.000 años luz respecto del centro (ver Figura 6). Con el Sol ubicado en laperiferia, el disco se proyecta de canto en el cielo como una franja difusa dehorizonte a horizonte. Puedes verificarlo tú mismo, tomando un waffle con tu

mano, estirando tu brazo, colocando al panqueque de costado; verás así queel disco del panqueque se ve como un objeto delgado. Y si lo acercas losuficiente, el disco irá ocupando todo tu campo de visión de lado a lado.

El centro de la galaxia se puede observar en la constelación de Sagitario.Entre medio de las millones de estrellas que se concentran en el centro deldisco hay un agujero negro que contiene el equivalente a un millón de vecesla masa del Sol. Tal como lo indica su nombre, el objeto no emite luz pero supresencia se delata por el movimiento que le imprime a las estrellas a sualrededor y por estar alimentándose del material cercano.

La Vía Láctea también se caracteriza, además, por estar compuesta dezonas oscuras ubicadas en medio del fulgor de las estrellas. Se trata de nubesde gas y polvo que absorben la luz de las estrellas, tal como el esmog ennuestras ciudades nos impide ver las montañas. No es que falten estrellas,sino que su luz no puede llegar a nosotros, ya que el polvo interestelar actúacomo un filtro.

El disco que hemos descrito es solo la punta de un iceberg puesto que,además de lo que podemos ver en forma de estrellas, gas y polvo, hoysabemos que existe un gigantesco halo invisible mucho más grande que eldisco, donde radica la mayor parte de la masa de la Vía Láctea (Figura 15). Elmencionado halo está formado por «materia oscura», una substancia deorigen desconocido (y que veremos a continuación) que se caracteriza por noemitir ni absorber luz. Su naturaleza es aún un gran misterio por resolver.

El Sol es una estrella más entre las miles de millones que habitan en la VíaLáctea. Afortunadamente estamos en los suburbios, lejos del centro del disco,en un barrio tranquilo. En el centro de la Vía Láctea existe una granconcentración de estrellas y es probable que una de ellas pase frecuentementecerca de otra, la perturbe y desordene su sistema planetario, impidiendo lascondiciones de estabilidad necesarias para el desarrollo de la vida.

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CÓMO EXPLICAR EL UNIVERSO

En 2016 asistí a la Feria Internacional del Libro de Guadalajara (México).Una de las actividades contempladas en el programa consistía en una charlapara los estudiantes del colegio público de Tesistán, un lugar ubicado en losmárgenes de la ciudad.

La directora y los profesores me recibieron cordialmente en la biblioteca yluego de una breve conversación fui invitado a pasar al patio del colegio parael evento. Enorme fue mi sorpresa al ver el lugar completamente encarpado,con 200 sillas perfectamente ordenadas que miraban a una pequeña mesa y,detrás de esta, destacaba una enorme bandera de Chile. Al llegar al lugar demi exposición, inocentemente le pregunté a la directora por el cable paraconectar mi computador al proyector. «El proyector no se puede instalar en elpatio y la sala de la biblioteca es muy pequeña para su visita», respondió. Nohabía tiempo para un plan B. Solo podía esperar que mi mala memoria no mejugara una mala pasada. ¿Cómo explicar el universo sin las herramientashabituales?

Luego de las palabras iniciales a cargo de la directora del establecimiento ymicrófono en mano, tuve que dar una charla sin la ayuda de mi presentaciónen PowerPoint. Aproveché de usar los brazos para gesticular y así tratar demantener la atención de los estudiantes. La habitual ronda de preguntas giróen torno a las galaxias y agujeros negros, pero, sin la posibilidad de mostrarsus hermosas imágenes, mi comunicación estuvo dominada por exagerados y

crecientes movimientos corporales. Parte de lo que dije en esa charla es loque comentaré a continuación.

Las galaxias… a millones de años luz

Hace un siglo la Vía Láctea y sus 200.000 millones de estrellas eran todo eluniverso conocido. Hubo un agudo debate en la comunidad científicamundial hacia finales del siglo XIX y comienzos del XX sobre si la Vía Lácteaera todo el universo o no, y si había otras vías lácteas más allá de la nuestra.Dos destacados astrónomos, Heber Curtis y Harlow Shapley, estuvieron entrelos protagonistas del así llamado «Gran Debate», realizado en abril de 1920en la Academia Nacional de Ciencia en Washington, Estados Unidos.

En el centro de la polémica figuraban las nebulosas, un centenar de objetoscaracterizados por sus apariencias difusas y extendidas, las cuales sedistinguían claramente de la apariencia puntual de las estrellas. La preguntaera si acaso las nebulosas eran nubes de gas al interior de la Vía Láctea o si setrataba de vías lácteas propiamente tales.

La polémica fue resuelta por el astrónomo norteamericano Edwin Hubblerecién en 1925, a favor de Heber Curtis, cuando logró desarrollar una técnicapara medir distancias y demostrar que la mayoría de las nebulosas seencuentran más allá de los confines del disco de 100.000 años luz de la VíaLáctea. Se trata de enormes sistemas estelares que pasaron a denominarse,genéricamente, con el nombre de «galaxias», un conjunto de estrellas (perotambién de gases, polvo cósmico, planetas, energía y materia oscura) que seencuentran gravitatoriamente reunidos bajo una forma definida.

Existen galaxias de distintos aspectos y formas en el universo, que seclasifican principalmente en tres tipos: espirales, elípticas e irregulares. Lasprimeras son discos rotantes de estrellas y materia interestelar; las segundas,con forma de elipse, poseen escasa estructura y baja materia interestelar. Las

irregulares, por su parte, no encajan con ninguna de las especificacionesrealizadas por Hubble (no son ni espirales ni elípticas).

Fue de esta manera que Hubble revolucionó nuestra visión y comprensióndel universo, demostrando que era mucho más grande de lo que se pensaba yque el espacio se encontraba poblado de otras galaxias: la Vía Láctea es solouna más entre muchas otras galaxias.[7]

Habiendo aclarado la naturaleza de las nebulosas difusas y extendidas,podemos ahora seguir con nuestra vuelta por el universo.

Nuestra primera detención extragaláctica es la Nube Grande deMagallanes, una galaxia muy cercana, a 160.000 años luz de distancia, queorbita en torno a la Vía Láctea (Ver Figura 7a). Es posible apreciar estagalaxia sin la ayuda de un telescopio. Basta con que observemos hacia el suren una noche oscura del hemisferio austral y estaremos apreciando susestrellas, cuya luz tuvo que viajar 160.000 años para llegar a nuestros ojos.

La siguiente es la galaxia Andrómeda, uno de los objetos más estudiadospor Hubble desde el hemisferio norte, ubicada a una distancia de 2 millonesde años luz (ver Figura 7b). Es decir, la luz de Andrómeda demora esos añosen llegar a nosotros. Este objeto fue en donde Hubble descubrió y atesorómillones de estrellas, incluyendo las cefeidas, que cambian su brilloperiódicamente y que Hubble logró utilizar como reglas para medirdistancias.

La distancia que separa a Andrómeda de la Vía Láctea resulta de utilidadpara comprender las separaciones entre las galaxias. Mientras las estrellas enla Vía Láctea están separadas por, en promedio, cuatro años luz, las galaxiasestán separadas entre sí por millones de años luz.

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DOS ESTRELLAS EN LA ARENA

Bob Williams, destacado astrónomo y ex profesor de la Universidad deArizona, asumía en 1985 la dirección del Observatorio Cerro Tololo. Fuebajo su dirección, en 1987 y cuando yo tenía 26 años, que pasé a integrar elstaff científico del Tololo como asistente de investigación. Con el granprestigio ganado como administrador y su destacado liderazgo, Bob dejó lainstitución en 1993 para asumir el cargo de director del Instituto EspacialHubble, ubicado en la ciudad de Baltimore.

Una de las facultades y beneficios del director del instituto era laasignación discrecional de hasta un 10 por ciento de todas las horas deobservación con este único y valioso instrumento. Habiendo podido elegirentre cientos de excelentes proyectos para dichas horas de observación, Bobtomaría una de sus mejores decisiones: lograr en 1995 la imagen másprofunda jamás obtenida del universo. La exposición duraría 10 díasconsecutivos en los cuales el telescopio no le sacaría el ojo de encima a unapequeña zona del cielo en la constelación de la Osa Mayor. El «campoprofundo del Hubble» es la imagen más importante en toda la historia de laastronomía, ya que nos ha permitido estudiar los primeros y más lejanosobjetos del universo. Con gran generosidad, Bob le dio a la imagen uncarácter público, lo que le permitió a cualquier ciudadano del mundo utilizaresa valiosa información. El intenso monitoreo que el telescopio espacialhabía realizado de una pequeña zona del cielo, permitió estudiar la formaciónde las primeras galaxias en el universo. Con Bob y su mujer Elaine forjamos

una gran amistad desde 1987. En 2012 Bob estaba de visita en Chile y seenteró de la actuación de Bob Dylan en Santiago. Allí, en el Movistar Arenade Santiago, se encontraban dos personas que compartían el mismo nombre:uno había alcanzado el estrellato mediante las ondas acústicas y el otrogracias a las ondas electromagnéticas. Ambos le habían hecho honor a lalegendaria canción Knockin’ on Heaven’s Door.

El universo observable… a miles de millones de años luz

Seguimos en esta excursión por el universo, hasta observar lo más lejos quese ha podido con un telescopio óptico. Esto solo es posible con el apoyo de laimagen conocida universalmente como el «campo profundo del Hubble» (verFigura 8), que fue tomada por el telescopio espacial Hubble, el cual mirófijamente la misma zona del cielo, acumulando la débil luz de los objetos máslejanos a nuestros ojos. El telescopio se encuentra orbitando la Tierra a 500kilómetros de altura por sobre la atmósfera del planeta. De este modo, lasimágenes son inmunes a las distorsiones ocasionadas por las turbulencias denuestra atmósfera. Con el telescopio espacial orbitando sobre ella, lasimágenes son nítidas y de gran definición.

El telescopio espacial orbita alrededor de la Tierra a unos 30.000kilómetros por hora, con lo cual completa una vuelta alrededor de nuestroplaneta en aproximádamente una hora y media. En cada órbita, el telescopiose encuentra en la sombra de la Tierra por cerca de media hora. Es decir, parael telescopio la noche dura treinta minutos, por lo tanto las exposiciones nopueden exceder ese lapso de tiempo. Durante la hora siguiente, mientras es dedía, el telescopio descansa. Sus modernos detectores digitales, que reciéncomenzaron a incorporarse a la observación astronómica en la década de1980, y que tú tienes en el teléfono celular, permiten guardar las imágenes enla memoria de un computador. Centenares de imágenes consecutivas

obtenidas de la misma zona del cielo pudieron ser sumadas con la ayuda delcomputador, logrando obtener así una imagen muy profunda, como si eltelescopio hubiera tomado una sola exposición larguísima, equivalente a diezdías de duración.

Aunque la imagen resultante es muy profunda, se trata de un acercamiento(una especie de zoom) que cubre una región muy pequeña del cielo,equivalente al tamaño de una pelota de tenis ubicada a 100 metros dedistancia de una persona.

En el campo elegido prácticamente no se ven estrellas de la Vía Láctea.Esto no es casualidad, ya que el telescopio apuntó intencionalmente en unadirección perpendicular al disco de nuestra galaxia, para evitar que dichasestrellas se interpusieran en la línea de visión y poder observar las galaxiasmás lejanas.

Excepto por dos estrellas de nuestra galaxia, el resto de los objetos songalaxias de distintas formas y colores, como Andrómeda o la Nube Grande deMagallanes. Algunas se ven más grandes porque están más cerca y otras, lasmás pequeñas, se encuentran más distantes. Debemos notar que hemoslogrado dar un salto gigante, de los 2 millones de años luz de la galaxiaAndrómeda hasta las galaxias más lejanas, las cuales podemos ver a unos13.200 millones de años luz.

La luz de estas galaxias ha debido viajar esa distancia para llegar anosotros, casi todo el tiempo transcurrido desde el big bang de hace 13.800millones de años.[8] Se trata de galaxias muy jóvenes, cuando el universotenía tan solo 600 millones de años de vida.

Esta imagen nos ha permitido estudiar la formación de las primerasgalaxias del universo y saber cuántas hay en el espacio al que podemosacceder. Basta con multiplicar las 3.000 galaxias que vemos en esta imagenpor la cantidad de veces que esta imagen cabe en todo el cielo, y llegamos ala asombrosa cifra de 100.000 millones de galaxias. En otras palabras, ¡hay

casi tantas galaxias en el universo observable como el número de estrellas dela Vía Láctea!

El universo observable es solo aquella parte del universo desde la que nosha podido llegar información: se trata de una esfera imaginaria centrada entorno a nosotros, de 13.800 millones de años luz de radio. La frontera de laesfera está determinada por la edad del universo. Es muy probable que eluniverso sea mucho más grande que la parte observable, pero la luz de esosobjetos aún no ha tenido tiempo para llegar a nosotros. Este límite sedenomina «horizonte cosmológico» y se debe a que la luz se propaga a unavelocidad finita.

Con la tecnología del telescopio Hubble hemos logrado explorar hasta13.200 millones de años luz de distancia, casi todo el universo observable.Por mucho que nos esforcemos, nunca podremos ver más allá de esehorizonte, pero el universo observable contiene muchas galaxias y estrellaspara estudiar. Si queremos saber cuántas estrellas hay en el universoobservable solo hay que multiplicar las 200.000 millones de estrellas denuestra galaxia por las 100.000 millones de galaxias que podemos observarpara llegar a una cifra verdaderamente astronómica. Inténtelo y luego dividapor los 7.000 millones de habitantes de la Tierra y concluirá que hay algo asícomo 3 millones de millones de estrellas por cada ser humano.

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BUSCANDO A GALILEO

En 2003 visité el Observatorio Arcetri, ubicado en las afueras de la ciudad deFlorencia (Italia). Allí me enteré de que a pocas cuadras de ese observatoriose encuentra la casa donde vivió sus últimos años el astrónomo renacentistaGalileo Galilei. La casa estaba bajo la custodia del director del observatorio.Para visitarla (y esto es realmente increíble) solo se requería pedir las llavesen la secretaría. No dudé un segundo en ingresar a ese histórico lugar. Eltrayecto fue por un ondulado camino entre las suaves colinas de la Toscana yun plácido paisaje de viñedos. Iba acompañado por el destacado astrónomode Arcetri, Filippo Mannucci.

Tras algunas dificultades tratando de abrir el oxidado candado de la reja,entramos a un jardín de amplio césped. Desde allí se lograba tener una vistadespejada de la casa blanca de dos pisos donde Galileo vivió entre 1633 y1642. La residencia tenía la apariencia de una construcción reciente que enningún caso daba cuenta del paso del tiempo. Sorteando un muro de mediometro y unos maceteros, logramos ingresar a un jardín interior de baldosas degreda y algunas puertas-ventanas. No resistí la curiosidad y acerqué mi cara auna ventana que permitía ver el interior. Allí estaban el estar de la casa y unapequeña chimenea. El interior no estaba amoblado, a la espera de que la casase transformase en museo. Una discreta puerta permitía el acceso, a través deun muro medianero, al antiguo Convento de San Mateo, lugar en donderesidió desde los 13 años María Celeste, su hija mayor.

Galileo fue enjuiciado en 1633 por la Inquisición al contravenir la doctrina

católica y sostener que la Tierra no era el centro del universo. Fue forzado aretractarse y confinado a vivir el resto de sus días en su hogar en Arcetri.Desobedeciendo las normas del convento, María Celeste cruzaba a la casaaledaña de su padre y lo cuidó hasta el fallecimiento de ella en 1634. Laherejía de Galileo fue utilizar un pequeño telescopio, instrumento inventadoen 1609 y que permitía observar las estrellas.

Ese inocente catalejo lo llevó a confirmar la teoría de Nicolás Copérnicoelaborada el siglo anterior y, por tanto, pudo afirmar que la Tierra no era elcentro del universo. El telescopio y las tecnologías en torno a lacontemplación de las estrellas se perfeccionaron al punto que hoy nos hanpermitido observar el fondo de radiación cósmico, la luz más lejana queemanó del big bang.

El fondo de radiación cósmico… a 13.800 millones de años luz

La imagen que se muestra en la Figura 9 se encuentra 600 millones de añosluz más lejos que los 13.200 millones de años luz que podemos ver en elcampo profundo captado por el Hubble, muy cerca del horizonte del universoobservable. Otra diferencia con respecto al campo de Hubble es que estaimagen cubre todo el cielo. Fue obtenida con la sonda WMAP de la NASAentre 2001 y 2010, con detectores sensibles a la luz que el ojo humano nopuede ver. El satélite WMAP detecta ondas electromagnéticas mucho máslargas (llamadas microondas) que las que podemos observar nosotros o eltelescopio Hubble como luz óptica. A las microondas les resulta difícilatravesar la atmósfera y llegar a la superficie de la Tierra, con lo cual el mejormodo de estudiarlas es desde el espacio, o bien desde la superficie de la

Tierra pero en un lugar muy alto y seco, como el Desierto de Atacama o elcontinente antártico.

La imagen tomada por el satélite WMAP corresponde a una instantánea deluniverso en su tierna infancia, cuando tenía solo 400.000 años de edad, hace13.800 millones de años. A este instante nos referiremos como el amanecer, yya veremos por qué.

Para entender este nombre hay que consignar que hasta ese momento eluniverso era una sopa de energía, partículas y radiación, y aún no se habíanformado ni estrellas ni galaxias. Antes del amanecer, en los primeros 400.000años, el universo era opaco como una densa neblina, ya que las partículas demateria (protones y electrones) estaban muy cercanas entre sí y las partículasde luz, los fotones, no podían viajar fácilmente en ese medio sin sufrir unacolisión con los electrones y ser desviados de su ruta (de manera similar alproceso que ocurre en el interior del Sol en la actualidad).

Fueron necesarios 400.000 años para que esta neblina se comenzara adisipar, una vez que los electrones libres que entorpecían el paso de losfotones se combinaron con los protones para formar átomos de hidrógenoneutros. Recién cuando los electrones se emparejaron con los protones, losfotones lograron comenzar a desplazarse sin mayores obstáculos por elespacio, y el universo pasó de ser opaco a transparente. La imagen del satéliteWMAP nos muestra justamente este hito.

Para ayudar a entender mejor lo que vemos en esta imagen, imagina que eluniverso es una nube espesa, dentro de la cual hay una cavidad esféricatransparente. Te encuentras al centro y puedes observar todas las galaxias quehay dentro de la cavidad. Sin embargo, la cavidad está rodeada de la nubeopaca a través de la cual no se puede ver.

Dentro de la esfera transparente puedes ver distintas cáscaras, donde cadauna de ellas corresponde a un instante distinto del universo, ya que la luz seha demorado —más o menos— en llegar a nosotros desde cada cáscara. La

cáscara más lejana que vemos es la imagen obtenida por WMAP, ycorresponde a luz emitida cuando habían transcurrido 400.000 años desde elbig bang. Las cáscaras más externas son invisibles para nosotros porque sonopacas. Es decir, la imagen de WMAP es como la superficie de una nubecuyo interior nunca podremos ver. Lamentablemente esto nos impone unlímite para poder apreciar los primeros instantes del universo.

La superficie de esta nube es extremadamente uniforme en todasdirecciones. Vemos arrugas solo porque ha sido exagerado el contraste. Porejemplo, la diferencia entre los puntos azules y rojos corresponde apequeñísimas variaciones de temperatura (de 0,00003 grados Celsius) en lasuperficie de la nube.

Por suerte el universo no era perfectamente uniforme, porque sonjustamente estas regiones de mayor o menor temperatura las que revelan queestas partículas estaban un poco más cercanas entre sí (más densas) en laszonas más calientes, y un poquito más alejadas entre ellas (menos densas) enlas zonas más frías. Las zonas más densas son polos de mayor concentraciónde materia, y actúan como pozos en los que posteriormente se aglomerará lamateria por su propia atracción, mientras que las regiones menos densas seirán despoblando.

En los fondos de los pozos, la materia acumulada dará lugar a galaxias y, agrandes escalas, las galaxias se organizarán en una estructura con forma de«esponja» (ver Figura 10). En las galaxias, a su vez, se formarán estrellas yplanetas. Las tenues arrugas del universo temprano que nos revela la imagendel satélite WMAP fueron las semillas de galaxias, estrellas y planetas. ¡Si nofuera por ellas no estarías leyendo este libro hoy día!

La imagen de este satélite se conoce como «fondo de radiación cósmico».Podemos decir que esta imagen es la genética del universo, arrugas quetienen su origen en la intimidad del big bang. Todos los procesos físicos queocurrieron en el origen dejaron su huella en la superficie de la nube en forma

de pequeñas arrugas. Por esto los astrónomos seguiremos obsesionados conescudriñar el fondo de radiación cósmico, quizás porque es la única ventanapara averiguar cómo ocurrió el comienzo del universo.

Como ya se ha señalado, el universo era opaco antes del amanecer, por loque el fondo de radiación cósmico es lo más lejano que podemos observar enel universo. Es un velo natural y, aunque agrandemos nuestros telescopios, nopodremos ver más allá. El hito corresponde al momento en que el universoestaba emergiendo de una etapa embrionaria desde su útero cósmico. Comono tenemos la posibilidad de tomar una ecografía de esta etapa, la únicamanera que tenemos hoy para indagar sobre la fecundación del universo esestudiando en gran detalle la superficie de esta nube. Por esta razón es quepersiste nuestro afán por obtener imágenes del fondo de radiación cósmicoque sean cada vez más precisas y con mayor definición, ya que esta luz enforma de microondas nos deparará valiosísima información sobre el origendel universo, nuestros propios orígenes.

En este breve paseo hemos viajado enormes distancias. A medida que noshemos ido alejando de la Tierra hemos retrocedido en el tiempo hasta apenas400.000 años después del comienzo de la expansión del universo. Acontinuación veremos que este ha pasado de ser una sopa muy uniforme departículas elementales a estructuras crecientemente más complejas comoátomos, moléculas, aminoácidos, bacterias que se replican a sí mismas,organismos multicelulares, y a un bípedo con conciencia que ha tenido lacapacidad, en los últimos 400 años, de reconstruir gran parte de la historia deluniverso.

¿Somos el universo que se mira a sí mismo?

1. La Luna en primer plano proyectada sobre la Tierra. En este registro se puede apreciar elmal llamado “lado oscuro” del satélite, completamente iluminado por el sol. ©

NASA/NOAA

2. La distancia entre la Tierra y la Luna se puede apreciar en esta espectacular imagencaptada desde el espacio, en octubre de 2017, por la sonda espacial OSIRIS-REx. © NASA

3. La separación entre la Tierra y el Sol es de 149.597.870 kilómetros, equivalentes a 8,3minutos luz. © Shutterstock

4. Un retrato de familia del sistema solar. Las separaciones entre los planetas no están aescala, pero podemos constatar las diferencias en el tamaño de los distintos cuerpos

celestes. © NASA/Lunar and Planetary Institute

5. Alfa Centauri junto a la Cruz del Sur. © Alexis Jaldín

6. Una imagen de la Vía Láctea tomada desde el desierto chileno. © Alexis Jaldín

7a. La Nube Grande de Magallanes a 160.000 años luz. © Alexis Jaldín

7b. La galaxia Andrómeda a dos millones de años luz. © Alexis Jaldín y Eduardo Latorre

8. El campo profundo de Hubble revela galaxias a distancias de hasta13.200 millones añosluz. © Robert Williams (STScI)/The Hubble Deep Field Team/NASA

Segunda parteEL UNIVERSO DINÁMICO

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EL COMETA QUE NO FUE

En marzo de 1973 el astrónomo checo Luboš Kohoutek avistaba por primeravez el cometa que llevaría su apellido. Se anunciaba que alcanzaría su puntode máxima aproximación en diciembre del mismo año y que sería el «cometadel siglo». Era grande la expectación, considerando que en 1910 el famosocometa Halley había causado un impacto similar debido a su cercanía ybrillo. A mis 13 años yo no me perdía ninguna noticia que informaban losdiarios sobre la trayectoria del Kohoutek. Así podía enterarme en quéconstelación del cielo se podía observar el cometa.

Tanta era mi fascinación que me subía al techo de mi casa buscando unpoco más de oscuridad y llevaba los binoculares que mi papá usaba para lascarreras de caballos para descubrir al Kohoutek con mis propios ojos. Sinembargo, este viajero de los confines del sistema solar se desintegró a medidaque se acercaba al Sol y su contemplación terminó siendo un fiasco.

Nunca logré ver el Kohoutek, pero esta experiencia me acercó al cielo, mepermitió descubrir los cráteres de la Luna y despertó mi curiosidad por losmisterios que encierra el espacio.

Los asteroides y sus colisiones

El sistema solar es un ejemplo vivo de un universo dinámico. Planetas yasteroides giran en torno al Sol en órbitas que generalmente son bastantecirculares. Los objetos más cercanos deben moverse más rápido para

sobrevivir a la mayor atracción de Sol. Por ejemplo, el planeta Mercuriocompleta una órbita en solo 88 días, mientras que Neptuno lo hace en 164años.

El pacto de buena convivencia en el sistema solar a veces se vulnera,cuando los súbditos del Sol pasan muy cerca entre sí y sus órbitas cuasicirculares se modifican en intrépidas trayectorias ovaladas que pueden cruzarla de algún planeta con dramáticas consecuencias.

Las colisiones entre asteroides y planetas no solo ocurren en los estudioscinematográficos de Hollywood. Los cráteres en la superficie de la Luna sontestimonios silentes de una violenta historia.

Un ejemplo reciente de una colisión en el sistema solar es aquella queocurrió en 1994, cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 se acercó demasiado alSol y en esta arriesgada maniobra fue despedazado en nueve fragmentos quedieron forma a un maravilloso collar de perlas desplazándose por el cielo. Laalegría cósmica no duraría mucho tiempo, porque en unos pocos meses eldesdichado cometa caería en las fauces de Júpiter. Las leyes de la gravedadpermitieron predecir exactamente el momento de la colisión. El guion yaestaba escrito, el escenario estaba preparado y, superando la imaginación decualquier director de cine, el desenlace ocurriría el día y a la hora señalada. Elprimer fragmento impactaba con Júpiter el 16 de julio a las 16:18, hora deChile. Entre el 16 y 22 de julio pudimos ver la secuencia de colisiones de losfragmentos del cometa con el gigante gaseoso, cada una de ellas dejando unacicatriz en el planeta.

Un ejemplo más reciente y cercano es el asteroide que cayó en 2013 sobreRusia. Se trató de un cuerpo sólido del sistema solar de solo unos 20 metrosde tamaño, que ingresó a la atmósfera terrestre a unos 60.000 kilómetros porhora. Afortunadamente, el bólido explotó a unos 30 kilómetros de altura,pues tenía 30 veces más energía que la bomba nuclear de Hiroshima. Aun así,provocó daños materiales y centenares de personas quedaron lesionadas.

Los choques de grandes objetos con la Tierra son menos frecuentes, perocuando suceden pueden ocasionar significativos daños, tal y como ocurrióhace 65 millones de años, cuando un asteroide de unos 10 kilómetros cayó enla península de Yucatán, causando la extinción de los dinosaurios y muchasotras especies.[9]

Desde su atalaya, el Sol parece ser el mismo todos los días. Sin embargo,hoy sabemos que es mucho más dinámico de lo que indica su apariencia.Tiene un ciclo de rotación en el que da un giro sobre su propio eje enaproximadamente 30 días.

Si uno observa el Sol con un telescopio y un filtro adecuado,[10] verá quedesde su superficie emanan burbujas calientes que transportan el calor desdeel interior. Tal como lo muestra la Figura 11, las zonas de apariencia oscuradelatan regiones de varios cientos de grados de menor temperatura que elpromedio de 5.500 grados Celsius en la superficie solar. Desde el limbo delSol se pueden ver enormes arcos de origen magnético y tormentas queemanan de la superficie. A menudo ocurren gigantescas erupciones solaresque liberan grandes desprendimientos de masa al espacio en forma departículas de alta velocidad y cargadas eléctricamente. Luego de algunashoras de viaje, llegan a la Tierra. Gracias al blindaje de nuestro campomagnético, las partículas son desviadas a los polos de la Tierra, causando lashermosas auroras boreales.

Como hemos podido constatar, la superficie del Sol no es tan apaciblecomo uno podría inferir y, sin haber ido muy lejos, ya tenemos evidencia deque el nuestro es un universo dinámico.

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UNA COPA SOBRE LA MESA

En mayo de 2017 fui invitado a dar una charla al Festival Cultural «Hay onWye» en el pueblo de Hay, ubicado en la frontera entre Inglaterra y Gales.Este festival nació como un encuentro de artistas y escritores, y gradualmentese ha ido ampliando hacia la divulgación científica. Tuve el honor de conoceral famoso astrofísico de Cambridge Lord Martin Rees, autor de cientos depublicaciones sobre agujeros negros y materia oscura y de siete magníficoslibros. Entre sus múltiples galardones cuenta con el premio Crafoord,considerado como el Premio Nobel de Astronomía.

Mientras esperaba a que me llamaran a dar mi charla, un garzón me ofrecióuna copa de vino blanco, y al salir del salón mi anfitriona me sugirió llevar lacopa al lugar donde realizaría mi exposición. Así llegué, junto a mipresentador y la anfitriona, a un escenario con dos sillas y una mesa vidriadasobre la cual dejé la copa. Habiendo terminado la charla, un asistente meconsultó cuál era mi nebulosa favorita. Nunca me habían hecho esa pregunta.Luego de unos segundos con la mente en blanco, la copa de vino que tenía ami lado me hizo recordar que el observatorio ALMA había realizadorecientemente el descubrimiento de una nebulosa que contenía hielo, agua,alcohol etílico y azúcar, motivo por el cual la habían nombrado nebulosa«Happy Hour». Así, gracias al parentesco químico de la nebulosa y la copade vino, logré zafar de esa pregunta.

La formación de estrellas

Hemos constatado, estimados viajeros, que la superficie del Sol no es tanuniforme como uno podría inferir. Del mismo modo, las estrellas, que se ventan apacibles en el cielo y que aparentemente no hacen más que girar cada 24horas en torno a nosotros,[11] tampoco son inmutables: las estrellas nacen,viven y mueren de distintas maneras.

Un ejemplo de una incubadora estelar es la nebulosa de Orión, ubicadamuy cerca del cinturón de Orión (más conocido como «Las Tres Marías») yque podemos ver a simple vista. Tal y como se mencionó anteriormente, eltrabajo de Hubble a comienzos del siglo XX demostró que existen dos tipos denebulosas: las que se encuentran más allá de la Vía Láctea, que son galaxiascon su propio mérito, y otras que son grandes nubes de gas al interior de laVía Láctea.

La nebulosa de Orión es, efectivamente, una gigantesca nube de gas ypolvo de unos 24 años luz de diámetro, ubicada a 1.300 años luz de distanciaal interior de nuestra galaxia. Esta nebulosa es una prolífica maternidadestelar compuesta principalmente por gas de hidrógeno y helio, los doselementos más abundantes del cosmos, que se formaron en los primerosminutos después del big bang. Pequeñas proporciones de átomos de carbonoy oxígeno se agregan a la fecunda mezcla, así como partículas sólidas depolvo. Su color rojizo es característico del predominante hidrógeno, y laszonas oscuras se deben a las partículas de polvo que bloquean el paso de latenue luz emitida por el gas.

La estructura de la nube es muy compleja: posee filamentos, burbujas,láminas y cúmulos de gas de distintas temperaturas y diferentes grados deconcentración de gas. El inicio de la formación estelar ocurre en sectoresrelativamente pequeños de la nube, con temperaturas de 260 grados Celsiusbajo cero, y con una concentración de partículas de gas un poco mayor que lade su entorno, algo así como 1.000 moléculas por cada centímetro cúbico,0,0000000000000001 veces más tenue que el aire que respiramos.

Es en este inhóspito ambiente donde un fragmento de la nube logra vencerla débil presión ambiental y comenzar a aglomerarse. El gas comienza aconcentrarse y, a medida que las partículas de gas se van acercando unas aotras, el proceso de aglomeración se acelera. La temperatura y la presión enel fragmento también se elevan. Eventualmente en el centro se alcanzanmillones de grados de temperatura y a partir del hidrógeno se gatillanreacciones nucleares. En ese momento la estrella nace, cuando desde sucorazón comienza a emitir energía.

De esta manera entendemos cómo se formó el sistema solar hace 4.500millones de años: un fragmento de una nube que empezó a colapsar por supropio peso. Como el fragmento inicial debió haber tenido un pequeño giro, amedida que se contraía su velocidad de rotación fue en aumento de la mismamanera que le ocurre a la bailarina que patina sobre el hielo cuando recogesus brazos. Como efecto de la rotación y la contracción, el fragmento seaplanó para dar forma a un disco. La mayor parte del gas se dirigió al centropara dar origen al Sol, y en la periferia del disco se empezaron a formarplanetas como la Tierra y Júpiter, orbitando alrededor de la naciente estrella.

Naturalmente, te debes estar preguntando si esta receta no es más que uncuento de hadas, resultado de la fértil imaginación de los astrónomos paraexplicar por qué la Tierra, los planetas y los asteroides orbitan todosprácticamente en un mismo plano alrededor del Sol, como si se hubieranformado todos de un mismo disco. Cuando era estudiante, a comienzos de ladécada de 1980, esta idea era solo una conjetura. Sin embargo, gracias a lanitidez de las imágenes obtenidas de la nebulosa de Orión con el telescopioespacial Hubble, una década después comenzaron a llegar múltiplesevidencias que apoyaban este modelo.

La prueba más contundente llegaría recién en 2014 desde el Desierto deAtacama, cuando el radiotelescopio ALMA logró obtener una verdadera«radiografía» de un disco proto-planetario en pleno proceso de nacimiento.

En la Figura 12 se muestra la imagen obtenida. En el centro se ve una estrellamuy joven que emite su propia luz, posiblemente debido a que ya estábrillando producto de su propio combustible nuclear. Alrededor de ella hayun disco de gas semi-inclinado donde destacan círculos oscuros debido a laausencia de gas.

¿Cómo se originaron estas cavidades de gas? La respuesta más probable yemocionante es que se trata de algunos planetas que están alimentándose delmaterial cercano a sus órbitas y limpiando su vecindario, como si se tratara deverdaderas aspiradoras cósmicas. Los planetas en sí mismos aún no se ven,por encontrase ocultos por el mismo gas y polvo, pero su presencia se delatapor las cavidades que logran excavar en el disco proto-planetario. La imagende ALMA nos revela el proceso de formación estelar, tal como ocurrió eneste rincón de la Vía Láctea hace 4.500 millones de años.

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UN SEMILLERO DE MUCHOS COLORES

El astrónomo canadiense Ian Shelton llegó en 1985 a hacerse cargo deltelescopio de veinticuatro pulgadas de la Universidad de Toronto que seencuentra ubicado en el observatorio Las Campanas. Nuestra amistad seremonta a su llegada a Chile, pues a inicios de ese año yo era el observadorde servicio para los canadienses y él pasó a ser mi jefe. Una de las pasionesde Ian era la astrofotografía, y desde ese mismo año se dedicó a obtener uncompleto registro fotográfico del cometa Halley en su acercamiento al Sol,utilizando un antiguo telescopio de campo amplio disponible en elobservatorio. El cometa alcanzaba su máximo acercamiento a la Tierra enmarzo de 1986 como un debilucho objeto que surcaba el cielo, cuya imagenfrustraba a muchos, dadas las grandes expectativas generadas por la prensalocal.

El 23 de febrero Ian se encontraba en el antiguo astrógrafo, un telescopiodiseñado especialmente para la obtención de fotografías, abocado a obteneruna placa fotográfica de la Nube Grande de Magallanes, un semillero deestrellas de distintos brillos y colores, punto ideal para calibrar los colores desu querida colección de placas del cometa. Al revelar la placa en el cuartooscuro de la casa reservada para los astrónomos canadienses en LasCampanas, Ian vio que las imágenes de las estrellas se encontraban alargadas.Era necesario repetir la observación, pero esa noche la rotación de la Tierrahabía ubicado al blanco de Shelton en mala posición en el cielo y no a laaltura de lo que el investigador requería.

La noche siguiente, el 24 de febrero, estaba para hacer historia. Laobservación se realizó durante tres horas y la ansiedad de Shelton lo llevó arevelar la placa inmediatamente. Al mirar la placa aún húmeda, luego de subaño por diferentes químicos, se encontró con una enorme mancha. ¡Unobjeto Kodak!, exclamó. Se llamaba así a los defectos de las placasfotográficas como una manera de blasfemar contra el fabricante. Sinembargo, su enorme tamaño era muy inusual, lo que lo llevó a pensar en lomás descabellado: quizás sea un objeto real. Si fuera así debiese ser unfarolazo, visible a simple vista. Era cerca de la medianoche y la Nube Grandede Magallanes aún estaba lo suficientemente alta en el cielo.

Ian Shelton salió de la casa canadiense sin imaginar lo que vería: el objetoKodak era nada menos que la tan esperada supernova visible que el universonos debía desde la observación de Johannes Kepler de una supernova en1604, y que pasó a llamarse SN 1987A. A partir de esa fecha las supernovaspasarían a ser protagonistas de la astrofísica mundial, llegando incluso a serclaves para el otorgamiento del Premio Nobel de Física en 2011. La historiade la astrofísica habría sido muy distinta sin la SN 1987A. Tuve el privilegiode conocer a Ian Shelton antes de su gran descubrimiento, y su supernovasellaría mi carrera profesional, puesto que tres días después del hallazgollegaría a iniciar mi nuevo trabajo en Cerro Tololo: por varios años tuve portarea observar la gran SN 1987A.

Para mí y muchos colegas fue, literalmente, un regalo caído del cielo.

Supernovas, estrellas de neutrones y agujeros negros

La Nube Grande de Magallanes es una de las galaxias más cercanas a la VíaLáctea, a 160.000 años luz de distancia nuestra, donde destacaprominentemente la Tarántula, una gigantesca nube de gas al interior de dicha

galaxia que, tal como la nebulosa de Orión, está formando estrellasprolíficamente.

Hace unos cinco millones de años nacía allí una estrella con el equivalentea unas veinte veces la masa del Sol, y esto traería profundas consecuenciaspara la astrofísica. Inicialmente el combustible de la estrella fue el hidrógenoproveniente del big bang. Con enormes presiones y temperaturas de 40millones de grados Celsius en el centro, la estrella aplastaba a los átomos dehidrógeno para formar átomos de helio, de manera similar a lo que el Sol estáhaciendo en la actualidad. De esta manera, la estrella generaba la energíanecesaria para oponerse a su propia fuerza de gravedad y mantenerse enequilibrio.

Al agotarse el hidrógeno en el horno central, el núcleo se comprimió y secalentó a unos 200 millones de grados hasta el punto en que las cenizas, losátomos de helio, pasaron a ser combustible. La fusión de estos produjoátomos de carbono por un tiempo, hasta que se agotó el helio en el núcleo.Un nuevo proceso de compresión llevó a la estrella a echar mano a lascenizas de la combustión anterior, los átomos de carbono, para que estos setransformaran en combustible fresco.

En solo cinco millones de años de evolución, la estrella que había nacido apartir de la combustión del hidrógeno había fabricado elementos químicoscada vez más pesados: helio, carbono, neón, oxígeno, silicio, hierro. Al llegara este punto el núcleo ya alcanzaba una temperatura de 2.700 millones degrados. La estrella intentó nuevamente el truco de comprimir el núcleo paragenerar la energía necesaria y mantener el equilibrio. Sin embargo, losátomos de hierro no sirven como combustible por ser la especie atómica másestable de la naturaleza. Sin combustible, el núcleo de la estrella ahora notenía cómo soportar el peso de las capas superiores y se acercaba a un abismocatastrófico. Sin sustento contra la gravedad, el núcleo de hierro de unos10.000 kilómetros de diámetro (similar a la Tierra) comenzaba a colapsar a

una velocidad cercana a la de la luz para dar lugar, en unos pocos segundos, aun objeto de unos 10 kilómetros de diámetro hecho solo de neutrones,[12]comprimidos a tal punto que una cucharadita de este material llega a pesar100 millones de toneladas.

Tal como el agua de los ríos genera energía eléctrica al bajar desde lasmontañas, la brusca disminución del tamaño de la parte central de la estrellaliberó una cantidad enorme de energía que empujó las capas externas de laestrella en una titánica explosión. Mientras una compacta estrella deneutrones yacía en el centro, los nuevos elementos químicos fabricados por laestrella durante su vida eran expulsados al espacio en todas direcciones avelocidades comparables a la de la luz. Esta pirotecnia cósmica se denominasupernova, y corresponde a la desintegración de la estrella.

Este trágico acto final ocurrió en la Tarántula hace unos 160.000 años. Laluz de esta supernova llegó a la Tierra en 1987 (ver Figura 13) y luego demás de 30 años aún se puede apreciar cómo el material expulsado se vaexpandiendo por el espacio. Los nuevos elementos químicos se iránmezclando en el espacio con el gas primordial de hidrógeno y helio queproviene del big bang.

Las supernovas son las principales responsables de contaminar el gasprimordial con nuevos elementos químicos. Del material contaminado seforman nuevas generaciones de estrellas que evolucionan y explotan. En esteciclo de vida y muerte estelar el universo va evolucionado químicamentedesde átomos livianos a otros más pesados.

Si no fuera por las supernovas, la Tierra no existiría, pues el universoprimordial estaba hecho solo de hidrógeno y helio. No existían los átomos desilicio, azufre, oxígeno, carbono, hierro, que componen nuestro planeta. Dealguna manera la nube que dio lugar a la formación del sistema solar habíasido contaminada por los átomos expulsados de una explosión de supernovacercana. Las supernovas son fundamentales no solo para que un astrónomo

como yo se gane la vida, sino también para fabricar los elementos químicosque hacen posible la vida.

Cuando nos observamos en el espejo debemos recordar que los átomos dehidrógeno del agua de nuestro cuerpo se formaron a fuego rápido en el bigbang, hace 13.800 millones de años, y que los demás átomos se formaron afuego lento en las entrañas de una estrella y viajaron en la explosión de unasupernova hace unos 4.500 millones de años. Nuestro carnet de identidad norefleja la edad cósmica, que varía entre los 13.800 y 4.500 millones de años yque es igual a la de un recién nacido, cuyos átomos tienen la misma edad quelos tuyos y los míos. Literalmente, cada uno de nosotros está hecho dematerial estelar.

En 1989, dos años después del descubrimiento de la supernova en la NubeGrande de Magallanes, un grupo de astrónomos, entre los que me encontraba,publicó un artículo en la prestigiosa revista Nature informando que se habíadetectado, en el mismo sitio de la supernova, una estrella de neutronesrotando a la impresionante velocidad de dos millones de giros por segundo.Luego vendría el balde de agua fría: la señal no provenía de la hipotéticaestrella de neutrones sino de una cámara de televisión del instrumento demedición. La detección de la estrella de neutrones en el lugar donde explotóla supernova 1987A no ha ocurrido, quizás porque la luz que emite es muydébil, o bien porque esta colapsó directamente a un agujero negro que noemite nada de luz.

El agujero negro se forma cuando la materia está concentrada en unvolumen tan pequeño que logra curvar sobre sí mismo el espacio a sualrededor. Un agujero negro es un pozo sin fondo, al cual cae materia peronada puede salir de allí, ni siquiera la luz; es como una puerta que solo sepuede abrir desde afuera. La Tierra podría transformarse en un agujero negrosi pudiéramos comprimir nuestro planeta al tamaño de una canica de tresmilímetros. El Sol también, siempre que pudiéramos comprimirlo al tamaño

de unos tres kilómetros. Pero en ambos casos la presión interna impide elcolapso. Sin embargo, cuando una estrella de neutrones alcanza más de tresveces la masa equivalente al Sol, la presión interna no es capaz de resistir supropio peso, y colapsa al tamaño de un punto.

Ahora nos vamos al otro extremo: aquellas estrellas que tienen unaapacible muerte. A diferencia de la estrella masiva de la Tarántula, aquellasque nacen con una masa similar a la del Sol no podrán estrujar su núcleo paraformar átomos de hierro. Solo lograrán llegar hasta la fabricación de átomosde oxígeno y carbono porque no tienen el peso suficiente para comprimirlos ygatillar la combustión. Si bien la estrella deja de producir energía nuclear enel centro, la presión interna es suficiente para contrarrestar su propio peso,siempre que el núcleo de oxígeno y carbono esté comprimido al tamaño denuestro planeta, es decir una esfera de unos 12.000 kilómetros de diámetro. Aestos objetos se les denomina «enanas blancas» y tienen un 60 por ciento dela masa original de la estrella. A este nivel de compresión, una cucharadita deenana blanca pesa 3 toneladas. Y el 40 por ciento restante de la estrella, suscapas más externas, irán expandiéndose lentamente por el espacio,arrastrando parte de los átomos de oxígeno y carbono, elementos químicosesenciales para la vida que no existían al comienzo del universo y que unaestrella como el Sol demora 10.000 millones de años en fabricar.

Las enanas blancas rodeadas por la envoltura en expansión se reconocen enel cielo como hermosas nebulosas planetarias. A pesar de lo que indica sunombre, no se trata de planetas sino de las etapas finales de la vida deestrellas como el Sol.

En este réquiem cósmico, podemos decir que las enanas blancas, lasestrellas de neutrones y los agujeros negros son los restos compactos deestrellas que alguna vez tuvieron un glorioso pasado, resplandeciendo graciasa la energía que produjeron en sus entrañas. Sin embargo, hoy son solocadáveres de estrellas.

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CAPTURAR EL UNIVERSO

Ingeniero de formación, la gran pasión del Daniel Verschatse fue laastrofotografía. De nacionalidad belga, estableció su residencia en Chile en1999. Lo conocí una década más tarde, cuando participé en un proyecto paradesarrollar un telescopio robótico chileno dedicado a la búsqueda desupernovas. Para un lego como yo en materia de desarrollo de instrumentosastronómicos, la generosa asesoría de Daniel fue fundamental, puesto que,como el minucioso ingeniero que era, conocía a la perfección lascaracterísticas de los posibles telescopios y sus cualidades ópticas. Duranteaños, se había dedicado al arte de capturar imágenes del universo. Junto a micolega José Maza, tuvimos la fortuna de recibir una invitación de Daniel paraconocer el observatorio Antilhue, ubicado al interior de la ciudad de LosAndes, y que él mismo había fundado. Un angosto y sinuoso camino noscondujo a su acogedora cabaña de madera, junto a la cual lucían impecablescúpulas blancas que atesoraban sus telescopios, con los cuales había apuntadouna y otra vez al cielo. Luego de su temprana partida en julio de 2017, esposible recorrer, digitalmente, la maravillosa galería de imágenes de la VíaLáctea y otras galaxias que nos dejó Daniel como su más preciado legado.[13]

Recuerdo algunas de las imágenes que capturó Daniel. Sobre todo, unregistro de la galaxia espiral NGC 6744, similar a la Vía Láctea, y que nospermite apreciar este particular conjunto de estrellas, cuestión que trataremosa continuación.

¿Qué es una galaxia espiral?

Las galaxias más hermosas (y es que estas pueden ser dignas decontemplación), para mi gusto, son las espirales, que se caracterizan por tenerforma de disco, el cual se puede ver proyectado en el cielo de frente, de cantoo semiinclinado. Por de pronto nuestra galaxia, la Vía Láctea, es una espiral,pero al encontrarnos en su interior no tenemos la posibilidad de observar sudisco desde afuera. Sin embargo, podemos deleitarnos con la belleza demillones de otras galaxias espirales.

En la Figura 14 se muestra la galaxia NGC 4622, un ejemplo de galaxiaespiral vista de frente. El centro del disco es donde se encuentra la mayorconcentración de estrellas, que conviven con un agujero negro supermasivocon el equivalente a cuatro millones de veces la masa de nuestro Sol.Prácticamente todas las galaxias tienen un agujero negro en sus centros. Aúnno se ha podido determinar cómo se formaron, pero se aventuran al menos unpar de alternativas. Una posibilidad es que haya sido producto de un gasprimordial con miles de veces la masa del Sol que habría colapsado por supropio peso, dando lugar directamente a los agujeros negros, en etapas muytempranas del universo; o bien gracias a estrellas masivas con el equivalentea cientos de veces la masa del Sol formadas poco tiempo después delnacimiento del universo y que, luego de una rápida evolución, habríancolapsado, generando también agujeros negros. En ambos casos estos objetosse habrían alimentado posteriormente del gas circundante para engordar yconducir a los agujeros negros supermasivos que hoy están presentes en loscentros de las galaxias.

Tal como la imagen de la Figura 14 lo insinúa, el disco está en rotación. ElSol y su sistema planetario también se mueven alrededor del centro de la VíaLáctea a 200 kilómetros por segundo. Esto implica que el sistema solar sedemora 200 millones de años en dar una vuelta a nuestra galaxia. Este lapso

de tiempo es lo que se denomina «año galáctico». Dado que el Sol y susplanetas se formaron hace 4.500 millones de años, el sistema solar ya ha dadomás de 22 vueltas en torno al centro y cuenta con 22 años galácticos.

A comienzos de los años setenta la joven astrónoma Vera Rubin usó uninstrumento llamado espectrógrafo para medir la velocidad de rotación devarias galaxias espirales. Sus mediciones revelaron una característica generalde estos discos: la velocidad de rotación de las estrellas es constante,independiente de la distancia con el centro de su galaxia. Esto es muycurioso, ya que uno esperaría (al igual que en el sistema solar, donde losplanetas más externos se mueven con menor velocidad) que las estrellas másexternas lo hicieran más lento para contrarrestar la fuerza de gravedad quedecrece desde el centro hacia la periferia del disco. Sin embargo, los datosmuestran que las estrellas del disco giran todas, en torno al centro, a unamisma velocidad de 200 kilómetros por segundo.

En otras palabras, tenemos un problema. Si la masa del disco estuvieraconcentrada en el centro, del mismo modo como se concentra su luz, lavelocidad de rotación de las estrellas debería disminuir hacia la periferia.Algo no concuerda. ¿Será porque la suposición de que la materia está igualde concentrada que la luz del disco no es correcta? En efecto, estadiscrepancia se debe a una enorme cantidad de materia oscura (que no emiteradiaciones electromagnéticas) que envuelve a la galaxia en forma de un haloinvisible.

Las mediciones indican que se trata de un halo esférico de materia oscuraal menos cinco veces más extendido que el disco, y que menos del 10 porciento de la masa de la galaxia está en forma de estrellas que emiten luz. Esdecir, el disco brillante de la galaxia no es más que la punta de un iceberg quedescansa sobre un intrigante gigante oscuro (ver Figura 15). Una analogíamuy apropiada es la de un árbol de Navidad decorado con guirnaldas de

luces: de noche solo vemos las luces de colores; el tronco y las ramas sobrelas que se sustentan no se ven.

La naturaleza de la materia oscura sigue siendo un gran enigma. Sabemosque está presente y que constituye la mayor parte de la masa del universo,pero aún no sabemos de qué está hecha.

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LA BELLEZA DEL CIELO AUSTRAL

En marzo de 1983 me encontraba comenzando mi tesis de maestría en elObservatorio Cerro Calán de la Universidad de Chile. Este lugar había sidoconstruido a fines de los años cincuenta, cuando estaba rodeado de parcelasagrícolas y era aún un sitio oscuro y alejado de la ciudad de Santiago. Elcrecimiento de la ciudad trajo contaminación lumínica y después de treintaaños ya no era un buen sitio para la observación astronómica, pero hasta lafecha sigue siendo un semillero de nuevas generaciones de astrónomos. Miprofesor guía era Jorge Melnick, un joven astrofísico recientementedoctorado en Caltech.

A las pocas semanas, Jorge daba inicio a una estadía de seis meses enEuropa y yo partía a realizar mis primeras investigaciones en Cerro Tololo dela mano del profesor Hugo Moreno. Las observaciones eran a través delpequeño telescopio Lowell ubicado a un par de kilómetros de la cima.Premunidos de gruesos buzos térmicos y termos de café para combatir el frío,las observaciones comenzaban a las seis de la tarde y se extendían durantedoce horas. Todo el trabajo ocurría al interior de una cúpula blanca quealbergaba al telescopio, una pequeña mesa con una lámpara metálica, unaantigua radio que nos traía voces de Argentina y una escalera metálica paraalcanzar el ocular del telescopio y poder ver el siguiente objeto de nuestralista. Se trataba de cúmulos globulares, unos aglomerados de cientos de milesde estrellas que orbitan en torno a la Vía Láctea. Con una edad de unos

12.000 millones de años, se trata de las estrellas más viejas de nuestragalaxia.

Encaramado en la escalera, a varios metros del piso, con una linterna en laboca, para evitar golpear el telescopio con la misma, tenía que acercar el ojoal ocular del telescopio. Todo iba bien hasta que un chispazo de cargaelectrostática, acumulada en el buzo térmico, se descargaba con un fuertechasquido en mi párpado. Cuando el difuso objeto estaba debidamentecentrado en el campo del ocular, había que mover manualmente los distintoscomponentes del instrumento: el filtro, el diafragma y el fotómetro. Todo estocon los debidos resguardos para no descentrar el objeto y en plena oscuridadpara no afectar las observaciones del cúmulo. El silencio y la oscuridad de lanoche eran nuestros compañeros durante los quince minutos que duraban lasmediciones del objeto, mientras yo hacía esfuerzos por mantener el equilibrioen las alturas.

Al volver al piso tenía la satisfacción de haberle escamoteado valiosainformación al cosmos. Tomaba un sorbo de café para celebrar y pasar alsiguiente objeto. Don Hugo insistía en mover el telescopio a la próximanebulosa, por más que le decía que se trataba de un cúmulo. Eran otrostiempos. Hoy la observación se hace a distancia, sin moverse del escritorio.Los cúmulos globulares han sido centrales en los avances de la astrofísica. Apartir de sus posiciones, se demostró que el Sol está lejos del centro de la VíaLáctea, y sus velocidades han aportado evidencia de que las galaxias estánrodeadas de halos de materia oscura.

Estaré siempre agradecido del profesor Hugo Moreno por habermeenseñado a dar mis primeros pasos en la observación astronómica. En eselugar pude contemplar la belleza del cielo austral y aprender a reconocer lasconstelaciones del cielo, desde las alturas de la Cordillera de Los Andes, en elDesierto de Atacama. En medio del silencio y la oscuridad de la noche, elmás mínimo ruido me hacía saltar. Encendía rápidamente mi linterna para

asegurarme de que solo había sido la rama de un árbol y volvía a mi refugiocupular.

Cúmulos de galaxias y materia oscura

En la Figura 16 se muestra que las galaxias son gregarias: les gusta vivircerca. La imagen muestra un cúmulo con varios cientos de galaxias quecomparten un mismo espacio físico. En el centro hay una galaxia giganterodeada de cientos de otras integrantes. En 1933 el astrónomo Fritz Zwickyusó un telescopio con un espectrógrafo para medir el movimiento relativo delas galaxias y concluyó que sus velocidades ascienden a unos 1.000kilómetros por segundo. Algunas galaxias se alejan del centro del cúmulo yotras se acercan, como un verdadero enjambre de abejas.

Naturalmente, uno puede preguntarse: ¿qué es lo que impide que lasgalaxias sigan en movimientos rectilíneos y se dispersen en el espacioalejándose unas de otras? Debe haber algo que las retiene. Esta pregunta laplanteó Zwicky por primera vez. Simplemente es la gravedad: la masa delcúmulo mismo actúa como un elástico invisible atado a cada galaxia.

La siguiente pregunta que surge es: si cada galaxia se mueve a 1.000kilómetros por segundo respecto del centro, ¿cuánta masa debe tener elcúmulo para lograr frenar a sus integrantes y evitar que el cúmulo sedisperse?

Al hacer el cálculo, Zwicky llegó a una respuesta sorprendente: la masaque debe tener el cúmulo es 100 veces mayor que la masa que uno infiere apartir de la luz que emiten las estrellas de dichas galaxias. En otras palabras,la masa que vemos en forma de luz es apenas el 2 por ciento de lo que serequiere para que las galaxias no salgan volando en distintas direcciones, esdecir, tiene que haber materia oscura que no emite luz pero que se manifiesta

impidiendo que las galaxias se separen, y que es la responsable de manteneral cúmulo unido.

Esta fue la primera evidencia a favor de la materia oscura al interior de loscúmulos de galaxias, sustancia cuyo origen aún es un misterio. Recordemosuna vez más la idea de Vera Rubin: la luz que emiten las galaxias es apenas lapunta del iceberg, se encuentran rodeadas de su propio halo de materiaoscura. El estudio de los cúmulos de galaxias muestra ahora que los halososcuros de las galaxias individuales se superponen al interior de los cúmulos.

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UNA REVOLUCIÓN Y UNA DISPUTA

Acababa de defender mi tesis doctoral en la Universidad de Arizona, apenasdiez días después del atentado a las torres gemelas de Nueva York enseptiembre de 2001. Faltaban pocos días para que me trasladara a California acomenzar mi trabajo posdoctoral en el observatorio del Instituto Carnegie.Las oficinas estaban ubicadas en la ciudad de Pasadena, California, y a pocoskilómetros, encaramado en la cima del Monte Wilson, se encontraba eltelescopio Hooker, de 2,5 metros de diámetro. Terminado de construir en1917, era el telescopio más potente de la época, y estaba para hacer historia.Fue justamente allí donde el famoso astrónomo Edwin Hubble logró medirlas distancias de las nebulosas y en 1925 concluía que estas eran galaxias consu propio mérito más allá de los confines de la Vía Láctea. Así, Hubblerenovaba nuestra visión del universo. Como si esto fuera poco, en 1929demostraba que las galaxias se alejan entre sí y que el universo está enexpansión, aportando la primera evidencia en favor del big bang yrevolucionando nuevamente nuestro entendimiento del universo. Fuejustamente en la biblioteca de las oficinas de ese observatorio, en 1931,donde Einstein y Hubble se encontraron para celebrar el descubrimiento de laexpansión del universo y posaron para la posteridad (ver Figura 17).

Me ubiqué muchas veces en ese mismo lugar donde estuvo Einstein,delante del retrato de George Hale —responsable de haber logrado que suadinerado padre financiara la construcción del telescopio Hooker—,intentando contagiarme de tanta sabiduría. No lo logré, pero allí conocí nada

menos que al discípulo de Hubble, Allan Sandage, quien trabajabainmediatamente al lado de mi oficina.

Sandage dedicó gran parte de sus esfuerzos a medir el ritmo de expansióndel universo, la así llamada «constante de Hubble», conocida comoparámetro H0. Entre otras cosas, la importancia de H0 es que permitedeterminar el tiempo transcurrido desde el comienzo de la expansión. Tantaera su pasión por el tema, que Sandage había hecho grabar «H0 = 50» , suvalor predilecto, en el marco de la placa patente de su auto. Cuando laevidencia ya apuntaba a un valor mayor que 50, Sandage volvió a grabar unnuevo marco pero esta vez con «H0 = 58». En sus últimos trabajos admitíaque el valor de H0 era de 63. En el mismo observatorio trabajaba WendyFreedman, quien sostenía que H0 tenía un valor de 72. Fue tanta la pasión pordeterminar el valor de la constante de Hubble, que Sandage y Freedman no sedirigían la palabra y sus disputas se remitían a los artículos que ambospublicaban. El debate por el valor de H0 está acotado en la actualidad avalores entre 68 y 73. Mi estadía en el Observatorio Carnegie se prolongódurante dos años, en el mismo lugar donde Hubble revolucionó nuestra visióndel universo. La expansión del universo

Hemos constatado que las galaxias rotan, interactúan entre sí, y que loscúmulos de galaxias están en movimiento. Ahora pondremos la mirada aescala global. ¿Es estático el universo?

La respuesta a esta pregunta vendría del astrónomo Vesto Slipher acomienzos del siglo XX. A partir de 1912, a esos objetos de aspecto difuso,entonces llamadas nebulosas, Slipher les apuntó un pequeño telescopioequipado con un espectrógrafo desde el observatorio Lowell en el norte deArizona. Durante los dos años siguientes logró medir las velocidades dequince nebulosas. Tal y como decía anteriormente, Hubble demostraría en1925 que una gran parte de las nebulosas resultaron ser galaxias.

La sorpresa que nos develarían las pioneras observaciones de Slipher esque solo dos de esas quince galaxias se acercan a la Vía Láctea, mientrastodas las restantes, como si nos temieran, se alejan de nosotros.

Edwin Hubble, por su parte, logró medir las distancias a dichas galaxiasutilizando el instrumento más avanzado de la época: el telescopio Hookerubicado en Monte Wilson. Al comparar las distancias y las velocidades,Hubble encontró en 1929 un resultado aún más sorprendente: las galaxiasmás lejanas se alejan más rápido de nosotros. Este fenómeno, conocido como«Ley de Hubble», permite inferir al menos tres conclusiones fundamentales:(1) el universo en su totalidad no es estático, (2) la expansión tuvo uncomienzo: hace 13.800 millones de años, y (3) no hay un centro en eluniverso. Veamos en detalle cada una de ellas.

Para nuestros antepasados que veían el cielo noche tras noche, lasconstelaciones parecían inmutables. Tanto fue así que Aristóteles categorizócomo perennes los cielos que se encontraban por encima de la esfera lunar.Posteriormente, la Iglesia católica adoptó la visión aristotélica como la«verdad oficial», esto es, que la esfera de las estrellas fijas, supralunar, erainmutable. Recién en 1572 la aparición de una nueva estrella en la esfera delas estrellas fijas comenzó a contravenir la doctrina imperante.[14] Tressiglos más tarde las observaciones de Slipher y Hubble demostraron que eluniverso no es estático sino que se encuentra en un estado de expansión,poniendo una lápida definitiva al concepto aristotélico de un universoinmutable y perenne.

En épocas anteriores, las galaxias estaban más juntas entre ellas, y siretrocedemos más el reloj, en algún momento estuvieron todas juntas en unmismo lugar (ver Figura 18). De este descubrimiento surge la noción de quela expansión emanó de una gran explosión, que hoy llamamos big bang.[15]Uno puede calcular el tiempo transcurrido desde la gran explosión a partir delas distancias y las velocidades medidas por Hubble y Slipher. Por ejemplo, si

Hubble nos dice la distancia que separa a dos galaxias, uno puede deducircuánto tiempo ha debido transcurrir para que ellas estén separadas por dichadistancia moviéndose a la velocidad que nos dice Slipher. Este ejercicio sepuede repetir para cualquier par de galaxias y el resultado siempre es elmismo: la expansión surgió de una explosión que ocurrió, como hemos dicho,hace 13.800 millones de años[16]. Algo muy interesante aconteció en esemomento, pero aún no sabemos exactamente qué produjo el puntapié inicial.

A primera vista, el descubrimiento de Hubble y Slipher parece indicar quenosotros ocupamos un lugar especial en el centro del universo. Sin embargo,la Ley de Hubble señala que las galaxias más lejanas se alejan más rápido denosotros. Esto implica que si tú repites las observaciones de Hubble y Slipherdesde cualquier otra galaxia, vas a recuperar la misma ley de expansión. Esdecir, donde quiera que te encuentres, verás que las galaxias se alejanalrededor tuyo. En otros términos, todas las galaxias se alejan de las demás ycualquier observador del universo creerá estar en el centro, de modo que estodo el universo el que se expande: no hay un centro en el universo y nuestraposición es equivalente a la de cualquier otra y no tiene nada de especial.

Como hemos podido constatar, el crucial descubrimiento de la expansióndel universo ocurrida en 1929 ha sido una de las grandes revoluciones de laastronomía. He querido enfatizar el rol clave de Vesto Slipher, porque lahistoria no ha reconocido adecuadamente su fundamental contribución, quecambiaría para siempre nuestro entendimiento del cosmos. Otro héroeolvidado en esta historia, que merece mucho más crédito, es el sacerdotebelga George Lemaître, quien publicó en 1927 un artículo anticipatorio al deHubble en 1929, pero… ¡lo hizo en francés!

17

UN DESCUBRIMIENTO FORTUITO

En 1987 postulé al cargo de asistente de investigación en el ObservatorioCerro Tololo. La entrevista de trabajo se realizó a comienzos de febrero y amediados de mes me comunicaron que había ganado el concurso y que minuevo trabajo se iniciaría en marzo. Sin embargo, unos días antes de que estoocurriera el director del observatorio, Bob Williams, me llamó por teléfonopara solicitarme que comenzara mi nuevo trabajo antes de lo previsto, ya quela noche del 27 de febrero él tenía un turno de observación en el telescopio decuatro metros (el más grande del hemisferio sur en aquella época) y queríaque lo acompañara a observar.

No me demoré un segundo en aceptar.Una semana antes me aprestaba a preparar las maletas para mudarme de

Santiago a La Serena, y aprovechar los últimos días de vacaciones enTongoy. En eso estaba cuando el 25 de febrero apareció en la prensa lanoticia de que el día anterior se había descubierto, desde el observatorio LasCampanas, la supernova 1987A, la más brillante en cuatro siglos.

Tan pronto llegué a La Serena, dos días más tarde, Bob Williams me dabala bienvenida en mi nuevo trabajo y al mismo tiempo me pedía que mededicara a observar la nueva supernova desde Tololo. El plan para observarcon el telescopio más grande había cambiado y terminé observando lasupernova con el más pequeño del observatorio, uno de 40 centímetros. Estacoincidencia me significó pasar meses allí lejos de la ciudad, y me llevó, sinplanificarlo, a dedicar toda mi carrera científica al estudio de las supernovas.

Fueron ocho años viviendo en La Herradura y trabajando en La Serena,durante los cuales pude organizar y realizar, entre 1989 y 1995, junto a unequipo de astrónomos de los observatorios Calán y Tololo, el proyecto para elestudio sistemático de las supernovas, llamado Calán-Tololo, que sentaría lasbases para el descubrimiento en 1998 de la aceleración del universo y laenergía oscura y el posterior otorgamiento del Premio Nobel de Física delaño 2011 a tres de sus descubridores. Nadie pensó en 1987 que el fortuitohallazgo de la SN 1987A situaría tiempo después a las supernovas en elcentro del descubrimiento de la energía oscura, uno de los debates másimportantes de la astrofísica mundial contemporánea.

La energía oscura y el destino del universo

Desde que Hubble y Slipher descubrieron la expansión del universo acomienzos del siglo pasado, quedó planteada otra pregunta fundamental:¿cuál es el destino del universo? En otras palabras: ¿cesará la expansión deluniverso en algún momento para luego contraerse en un «gran apretuje» o,por el contrario, se expandirá por siempre?

Recordemos que las galaxias tienen masa y tienden a atraerse entre sí. Porlo tanto, el universo debiera estar frenándose, y para poder responder lapregunta anterior debemos averiguar cuánto se frena el universo. Si lacantidad de materia es grande, la gravedad conseguirá detener la expansiónen el futuro y logrará que el universo se comience a contraer. Por el contrario,si la cantidad de materia es muy baja, la atracción gravitatoria será muy débilpara detener la expansión. En otras palabras: ¿tiene el universo suficientemasa para detenerse y pasar a aglutinarse? ¿O no cuenta con suficiente masay la expansión va a seguir para siempre?

Ese fue el desafío que quedó planteado en 1929: había que poner aluniverso sobre una balanza y pesarlo. Para concretar este colosal reto había

que extender el trabajo de Hubble y Slipher a galaxias muy lejanas. La ideaera la siguiente: si se lograba medir distancias y velocidades a galaxias muylejanas, estaríamos determinando el ritmo de expansión en el pasado, ya quela luz de dichas galaxias distantes salió de ellas miles de millones de añosatrás. Y al compararlo con el ritmo de expansión en el presente, a partir degalaxias cercanas, lograríamos saber cuánto se ha frenado el universo.

Si bien al esforzado Slipher le tomó mucho trabajo y varios años lograrmedir velocidades de unas pocas galaxias cercanas, los desarrollostecnológicos han hecho de este proceso una rutina relativamente sencilla. Elproblema es cómo mensurar distancias precisas. Como no es posible estiraruna huincha de medir sobre galaxias que se van alejando de nosotros, se hacenecesario un método alternativo.

Aquí es donde entran a jugar un rol central las supernovas. Estas son, comohemos visto, explosiones estelares muy luminosas. Si uno lograra calibrar susluminosidades las podríamos utilizar como faros cósmicos y medir distanciasprecisas a galaxias remotas y eso nos permitiría, eventualmente, pesar yconocer el destino del universo.

La calibración precisa de las luminosidades de las supernovas tuvo queesperar los desarrollos tecnológicos de la década de 1980, cuando losdetectores digitales se incorporaron a la observación astronómica.

Ese proyecto se realizó en los observatorios Calán y Tololo entre 1989 y1993. Veintinueve supernovas descubiertas y observadas desde Chile (contecnología de punta para la época) permitieron calibrar sus luminosidades yusarlas como reglas de medir muy precisas. El proyecto Calán-Tololopermitía medir el ritmo de expansión actual del universo a partir desupernovas en galaxias a distancias de entre 150 y 1.500 millones de añosluz.

Una vez establecida la caja de herramientas para medir distancias precisas,dos equipos de astrónomos realizaron la segunda parte del desafío. Utilizando

el gran poder del telescopio de cuatro metros de Cerro Tololo y sus modernosdetectores digitales, ambos equipos lograrían en pocos años descubrirsupernovas lejanas y medir distancias a sus respectivas galaxias. Con unamuestra de unas 50 supernovas a distancias de entre 3.000 y 7.000 millonesde años luz, los equipos liderados por Brian Schmidt y Saul Perlmutterlograron medir el ritmo de expansión del universo en el pasado.

Al comparar su medición con el ritmo de expansión actual obtenido por elproyecto Calán-Tololo, Schmidt y Perlmutter llegaron en 1998 a unainesperada conclusión: el universo no se está frenando por su propiaatracción, como nos enseñaba la teoría de la gravedad de Einstein. Alcontrario, y para sorpresa de todos, ¡el universo se está expandiendo cada vezmás rápido!

La aceleración del universo es todavía uno de los mayores misterios de laastrofísica. O bien no comprendemos la gravedad completamente como nosla enseñó Einstein, o bien, si aceptamos que la teoría de la gravedad escorrecta, debemos invocar un nuevo componente de energía que dé cuenta dela aceleración. A este componente, cuyo origen aún desconocemos, lollamamos «energía oscura». Cuando uno saca las cuentas usando la teoría deEinstein, la energía oscura para explicar la aceleración que se observa en eluniverso es el 70 por ciento de todo lo que hay.[17]

Con la información que disponemos hoy, el universo se descompone,entonces, en este 70 por ciento de energía oscura, cuyo origen no conocemos;un 26 por ciento en forma de materia oscura, cuyo origen tampococonocemos; y solo el 4 por ciento se encuentra en la forma de materiaconocida (átomos). Este es el universo raro y extravagante en el cual vivimos.Las futuras observaciones astronómicas y los experimentos de física en losaceleradores de partículas arrojarán pistas sobre la naturaleza del 96 porciento del universo oscuro y/o sobre la validez de nuestras teorías.

La Figura 18 es una representación esquemática de la evolución del

universo desde el big bang hasta el presente. La flecha del tiempo apuntahacia la derecha, y las distancias se representan verticalmente. Al comienzode la expansión todo estaba junto. Durante los primeros 7.000 millones deaños desde la expansión, el universo se frenó debido a la materia oscura. Sinembargo, a medida que la expansión continúa, la materia se va alejandomientras la energía oscura, por el contrario, no se diluye.

Hace unos 7.000 millones de años el «gallito» entre la materia oscura queproduce atracción y la energía oscura que produce repulsión fue ganado porla energía oscura. Este momento marca el inicio del segundo tiempo de estepartido, en el cual el universo se ha estado acelerando.

¿Cuál será el destino del universo? Esta es una de las principales preguntasque nos hacen a los astrónomos. La mayoría de las galaxias se irán alejandocada vez más rápido unas de otras. Llegará un momento en que las galaxiasque hoy vemos se alejarán a mayor velocidad que la de la luz. Los fotonesque de ellas emanen no podrán llegar a nosotros, ya que la distancia que nossepara aumentará más rápido que la luz avanzando hacia nosotros. Por lotanto, las galaxias que hoy vemos irán gradualmente desapareciendo denuestro horizonte, excepto aquellas más cercanas. La Vía Láctea y nuestravecina Andrómeda lograrán vencer el efecto de la energía oscura y se uniránpor su propia gravedad en unos 4.500 millones de años en el futuro (Figura19). Ya se ha bautizado a esta supergalaxia como Lactómeda. Ese seránuestro universo observable: estrellas añosas que se irán apagandogradualmente hasta que el cielo se oscurezca por completo.

9. El fondo de radiación cósmico. © NASA/WMAP Science Team

10. La estructura de “esponja” del universo a grandes escalas. © ESO/IllustrisCollaboration

11. Imagen del Sol tomada con un filtro especial. Se pueden apreciar zonas de distintastemperaturas y erupciones solares. © NASA/JPL

12. El disco protoplanetario de la estrella HL Tauri observado por el telescopio ALMA.Los círculos oscuros del disco se deben posiblemente a planetas en formación. © ALMA

(ESO/NAOJ/NRAO)

13. La supernova 1987A en la Nube Grande de Magallanes, descubierta el 24 de febrero de1987. © ESO

14. Imagen obtenida por el telescopio espacial Hubble de la galaxia espiral NGC 4622, auna distancia de 200 millones de años luz. © NASA/Hubble Heritage Team

15. Impresión artística del halo de materia oscura alrededor de una galaxia espiral. ©ESO/L. Calçada

16. Imagen del cúmulo de galaxias Abell 3827 obtenida por el telescopio espacial Hubble© ESO

17. De izquierda a derecha: Milton Humason, Edwin Hubble, Charles St. John, AlbertMichelson, Albert Einstein, W. W. Campbell, Walter Adams en la biblioteca del

Observatorio Carnegie, 1931, Pasadena, California. © Alamy

18. Representación esquemática de la expansión del universo. © NASA/Ryan Kaldari(adaptación al español de Luis Fernández García disponible en Wikipedia)

19. La colisión de la Vía Láctea y la galaxia Andrómeda en 4.500 millones de años másdará lugar a una galaxia gigante llamada Lactómeda. © NASA/ESA/Z. Levay and R. van

der Marel, STScI/T. Hallas/A. Mellinger

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EL BIG BANG Y LOS CÁLCULOS RENALES

En julio de 1989, Stan Woosley, un destacado astrofísico de la Universidadde Santa Cruz de California, organizó en el campus de la universidad unprimer workshop para que la comunidad internacional pudiera presentar sustrabajos de investigación e intercambiar sus puntos de vista sobre el origen dela estrella que había producido la supernova 1987A, aquel descubrimientoque, en el observatorio Las Campanas, mostró la colosal explosión de unaestrella en la Nube Grande de Magallanes. Por lo mismo, esta era unaoportunidad perfecta para estudiar, con telescopios modernos, la muerte deuna estrella.

En una audiencia, compuesta por sesenta astrónomos, había científicos dediversas nacionalidades que hasta tan solo unos años antes se habíanenfrentado en la cruel segunda guerra mundial. A pesar de sus distintosacentos en inglés, allí estaban para unir al mundo en torno a la ciencia.

Yo había estado observando la supernova desde sus inicios en elobservatorio Tololo, y estaba maravillado con la oportunidad de asistir a lareunión. Llegué un día antes y los organizadores me habían reservado para laprimera noche una habitación en la residencia de los estudiantes, en medio deun denso bosque de coníferas en el mismo campus, ubicado en las afueras dela ciudad. Abatido por el cansancio del largo viaje y con la diferencia decinco husos horarios con Chile, caí rendido en mi cama. Pensando que habíanpasado solo un par de horas, desperté en medio de la noche con agudos eintolerables dolores de espalda. La residencia estaba vacía, pues en esas

fechas era receso académico de verano. Ni siquiera estaba la recepcionistaque había visado mi llegada.

Agobiado por los dolores salí de la residencia a buscar ayuda. Solo lospinos podían escuchar mis alaridos en medio de la total oscuridad. Fueronvarias horas las que transcurrieron, moviéndome en círculos para paliar eldolor, hasta que apareció un guardabosques. En mi aún rudimentario inglés leexpliqué que requería ver a un médico con urgencia. Su camioneta y un taxime permitieron ingresar al Hospital de Santa Cruz, abrumado por el dolor.Un médico me diagnosticó cálculos renales. El estudio de los cálculosindicaba que eran cristales de oxalatos de calcio, lo mismo que habíafabricado el big bang a fuego rápido desde ínfimas partículas elementalesllamadas quarks, y luego a fuego lento en el corazón de las estrellas.

Una supernova parecida a la SN 1987A había explotado hace unos 5.000millones de años en nuestra galaxia y expulsado esos átomos de calcio alespacio. Y una nebulosa de gas contaminada por la supernova daba lugar alsistema solar, al planeta Tierra y a las sabrosas espinacas, ricas en oxalatos decalcio, que habían bloqueado mis riñones. De eso y mucho más hablaríamosdurante dos semanas en el campus de Santa Cruz, mientras yo tomaba litros ylitros de agua para asegurar que los cálculos desaparecieran.

Una breve historia del universo, desde los quarks hasta la conciencia

El universo temprano era una sopa de partículas elementales altamenteconcentradas en un volumen muy pequeño y a altísimas temperaturas.[18]Tuvieron que transcurrir 0,0001 segundos desde el big bang para que latemperatura bajara y permitiera que, a partir de las partículas llamadasquarks, se formaran los protones y los neutrones, la materia prima para laformación de los núcleos atómicos.

En los primeros 10 minutos la temperatura del universo era superior a los

400 millones de grados Celsius, 25 veces mayor que la temperatura en elcentro del Sol; los protones y neutrones se movían muy de prisa y estaban losuficientemente cerca como para interactuar entre ellos. En estas condicionesel universo logró formar dos especies de núcleos atómicos: un 76 por cientoen forma de hidrógeno (con un protón) y un 24 por ciento en forma de helio(con dos protones y dos neutrones).

En este horno nuclear la combustión podría haber continuado fabricandoelementos químicos más pesados y complejos. Sin embargo, la expansión deluniverso hizo que los núcleos atómicos se alejaran entre sí y no pudierancontinuar interactuando. En esta carrera contra el tiempo, el universotemprano solo logró cocinar a fuego rápido hidrógeno y helio.

La expansión continuaría y el universo se seguiría enfriando sin mayorescambios. A una edad de 400.000 años, cuando la temperatura ambiente era de3.000 grados Celsius (la mitad de la temperatura superficial del Sol), losnúcleos atómicos lograron aparearse por primera vez con los electrones, otrafamilia de partículas elementales provenientes del universo temprano, paraformar átomos neutros. Este importante evento es a lo que nos referimoscomo el amanecer, cuando el universo pasó de ser opaco a transparente.

A partir de este momento los pequeños polos de concentración de materiapudieron comenzar a atraer más gas, mientras que las regiones de menorconcentración comenzaban a despoblarse de material.

Debido a la propia atracción gravitatoria de la materia, las zonas másdensas tendieron a expandirse más lento que el resto del universo y, si laconcentración de gas era suficientemente alta, lograron colapsar y dar lugar acúmulos de galaxias, atrayendo más materia de su entorno menos denso.

Al interior de las galaxias se dieron las condiciones para que las nubes degas primordial de hidrógeno y helio pudieran dar lugar a fragmentos que seaglutinaron por su propia gravedad. Llegó un momento en que laconcentración de material y la temperatura alcanzaron niveles aptos para las

reacciones nucleares. Nacieron las primeras estrellas y en sus entrañascomenzó la cocción a fuego lento de elementos químicos más complejos ypesados que el hidrógeno y el helio.

Esas estrellas explotaron como supernovas y diseminaron nuevoselementos químicos al espacio, como el oxígeno, el carbono, el azufre, elmagnesio, el hierro y el cobre, del mismo modo como ocurre ahora en lafamosa SN 1987A. A partir del material enriquecido químicamente y de lasbajas temperaturas del medio interestelar, los átomos se organizaron enestructuras más complejas unidas por electrones: las llamadas moléculas (porejemplo, dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno forman la molécula deagua). De estas nubes moleculares, como la nebulosa de Orión, se formaronnuevas generaciones de estrellas. En los discos proto-planetarios se formaronplanetas.

Hace 4.500 millones de años, en una galaxia espiral, se formaba unaestrella con ocho planetas. Uno de ellos, con una estructura rocosa envueltapor una atmósfera, estuvo a la distancia adecuada de su estrella para teneragua en forma líquida en su superficie. El agua facilitó las reaccionesquímicas para la formación de moléculas mucho más complejas y del primermaterial genético, del cual habría surgido una molécula con forma de doblehélice llamada ácido desoxirribonucleico, más conocido como ADN.Albergada por una membrana protectora, se forma una primera célula, launidad básica de la vida, hace unos 3.800 millones de años. Nutriéndose de laenergía proveniente de la estrella y con la tendencia del ADN de sobrevivir yreplicarse a sí mismo, la primera célula comienza a dividirse, dando lugar aun ciclo de reproducción biológica que continúa hasta hoy.

La formación del ADN a partir de moléculas y la aparición de la primeracélula es lo que podemos llamar el paso de la química a la biología, o elsurgimiento de la vida. Nadie ha podido reproducir de manera fidedigna estecrucial proceso en un laboratorio. ¿Fue este sorprendente resultado una

consecuencia natural de la evolución del universo o un hecho fortuito? Nadietiene la respuesta a esta pregunta. La probabilidad de que surja la vida en otrolugar del universo puede ser bajísima, y puede que nosotros seamos losúnicos habitantes del universo, pero el espacio y el tiempo son enormes, asíque por baja que sea la probabilidad es posible que haya ocurrido en otrosplanetas. La intensa exploración de Marte obedece a nuestro interés por sabersi la vida emergió en otro planeta y el reciente hallazgo de agua en estadolíquido bajo la superficie de uno de sus polos alimenta las expectativas en talsentido.

No sabemos cómo era la primera célula, pero la evidencia apunta a quemuy temprano en la historia de la vida surgieron las «cianobacterias», o algasverdeazulosas, que produjeron el oxígeno que hoy abunda en la atmósfera delplaneta.

A medida que pasaba el tiempo, el ADN fue sufriendo modificacionescomo resultado de copias imperfectas de sí mismo. Solo aquellas mutacionesque pudieron adaptarse mejor a las cambiantes condiciones ambientalesfueron exitosas y lograron ser seleccionadas para seguir el camino de laevolución biológica hacia un mejor porvenir. Mediante este mecanismo deselección natural y azar, el ADN original dio lugar a sucesivas generacionesde células más favorecidas y a una rica biodiversidad que hoy habita elplaneta Tierra en forma de bacterias unicelulares y de organismosmulticelulares de mayor complejidad como plantas, hongos y animales.

Algunos organismos multicelulares comenzaron a organizarse en unidadescon funciones especializadas, entre las que destaca, especialmente, el cerebro.Construido con miles de millones de células llamadas neuronas, el cerebrocoordina las funciones de los demás órganos de manera centralizada enanimales que logran desplazarse, nutrirse y reproducirse en el planeta.

Hace 200.000 años surgió una especie llamada Homo sapiens cuyo cerebroadquiriría un nivel de desarrollo tal que comenzó a hacerse preguntas sobre

su entorno y sobre sí mismo. En este proceso, con la necesidad de defendersede sus depredadores y asegurar su supervivencia, fue generandoconocimientos y herramientas que le permitieron entender la naturaleza ytomar conciencia de sí mismo.

En los últimos 400 años, el Homo sapiens desarrolló un instrumentollamado telescopio, que le permitió extender su mirada mucho más allá de supropio planeta. La conciencia del Homo sapiens le permitió superar suinsignificante pequeñez física e investigar hasta lo más recóndito deluniverso, y en solo cuatro siglos ha logrado la monumental hazaña dereconstruir la biografía del universo. Somos lo más sofisticado y complejoque el universo ha fabricado en 13.800 millones de años. A través denosotros, el universo ha logrado mirarse a sí mismo.

No es descabellado pensar que el surgimiento del ADN solo haya ocurridoen este pequeño planeta llamado Tierra y la especie a la que pertenecemossea la única que haya logrado desarrollar la conciencia en esta larga historiaevolutiva, en cuyo caso los seres humanos seríamos la propia conciencia deluniverso. Si esta hipótesis es cierta, y no logramos superar las amenazas quele estamos infringiendo a nuestro propio hábitat, nuestra tragedia podría ser ladel mismo universo, a menos que la evolución conduzca a otra especie conconciencia en nuestro planeta.

¿Será suficientemente sabio el Homo sapiens para lograr proyectar suexistencia?

Quizás esta pregunta no tenga ningún sentido. Recordemos que las teoríasque hemos construido son solo representaciones del universo en nuestrasmentes. Esto nos lleva a una pregunta fundamental: ¿existe el universo enrealidad o es solo una ilusión de nuestra conciencia?

19

LAS PREGUNTAS DE GUILLERMO

Guillermo Miranda, un estudiante de ocho años del Villa María College deMachalí, había decidido en 2014, mientras cursaba tercero básico, que queríaser médico. Sin embargo, luego de una visita al planetario, postuló al XVI

Concurso de Lectores Infantiles organizado por la Asociación Nacional de laPrensa. Su proyecto era, supe después, entrevistarme. Con gran sorpresarecibí la noticia y acepté concederle una entrevista en mi lugar de trabajo, elobservatorio de Cerro Calán. Me había preparado para responder preguntassobre galaxias, estrellas y planetas en un lenguaje adecuado para un niño desu edad. Su primera pregunta era la que esperaba: ¿De qué está hecho eluniverso? Sin embargo, mi preparación fue rápidamente superada por lasinocentes y a la vez profundas interrogantes que luego me haría Guillermo:¿Qué piensa sobre la reencarnación? ¿Cómo cree que se formó Dios? ¿Porqué el agua del mar es salada? ¿Cómo cree que es el cielo de los muertos?¿Por qué algunas personas nacen con defectos físicos o mentales? ¿Por quétodas las personas deben morir? ¿Cómo resucitó Jesucristo? ¿Por qué creeque Jesús resucitó al tercer día y no al segundo? ¿Por qué Dios creó eluniverso? Fueron once minutos de una de las entrevistas más complejas queme ha tocado realizar. Una experiencia única.

¿Un universo hecho para nosotros o universos paralelos?

La expresión Big («grande» en inglés) no admite interpretaciones. Sin

embargo el vocablo Bang («estallido» en inglés) encierra, de maneracompacta, los misterios de las condiciones iniciales y leyes físicas con las quese origina la expansión del universo.

Bastaría que las condiciones iniciales y las leyes que gobiernan lanaturaleza hubiesen sido levemente distintas para que no existiéramos niestuviéramos leyendo este libro. Por ejemplo, el Bang podría haber sido máspotente, en cuyo caso las partículas elementales se habrían alejado unas deotras muy rápidamente y no habrían logrado formar protones, neutrones,átomos, ni mucho menos galaxias, estrellas, planetas ni personas como tú. Alrevés, el Bang podría haber sido más débil y la gravedad del universo lohabría hecho colapsar al poco andar.

Considerando la infinidad de posibilidades para las condiciones inicialesdel Bang, es altamente probable que el universo no hubiese tenido lascapacidades para que se desarrollara la vida. En otras palabras, el universorequirió un nivel superlativo de precisión para hacer posible nuestraexistencia. ¿Debemos sorprendernos por ello? La respuesta la da el «principioantrópico», que señala que el cosmos tiene que reunir todas las condicionespara hacer posible la existencia del ser humano, porque de lo contrario nohabrían personas preguntándose sobre el origen de este. En otras palabras, nodebemos esperar encontrar ninguna característica del universo incompatiblecon nuestra existencia. Nuestra propia existencia determina las condicionesiniciales del universo, así como las leyes físicas que gobiernan la naturaleza.

Muy bien, no debemos asombrarnos de que el universo sea como es. Peroahora podemos plantearnos: ¿qué puso el Bang en el big bang? ¿Fue estaconstrucción una grandiosa y mágica coincidencia? ¿O hubo factoresnaturales que determinaron las condiciones iniciales del universo?

Hay corrientes de pensamiento que sostienen que de todos los universosposibles el nuestro es extraordinariamente improbable, lo cual significa queno puede ser una simple casualidad y que está ajustado en sus condiciones

iniciales para favorecer la emergencia de la vida. O sea, tras el Bang habríauna divinidad que habría construido intencionalmente el universo paranuestra existencia, con las condiciones iniciales y leyes exactas para que lavida se desarrolle.

Para otros, como Stephen Hawking, habría modelos de universo que seríanautocontenidos, su origen estaría en el dominio de la ciencia y no serequeriría una intervención divina en el Bang. En sus propias palabras: «Es lafísica la responsable de que el propio universo se genere autónomamente».[19]

Otras complejas teorías matemáticas proponen que la naturaleza formaríaun sinnúmero de universos paralelos (multiversos), cada uno con sus propiasleyes físicas. En esta infinitud de universos posibles, es probable y naturalque uno de ellos tenga justo las constantes y leyes físicas compatibles connuestra existencia. La idea de los multiversos es muy atractiva para los librosde ciencia ficción, pero hasta ahora no hemos encontrado ninguna evidenciacientífica que apoye la teoría de los universos paralelos. Hay una célebrefrase que se aplica a esta reflexión: «La ausencia de evidencia no es evidenciade ausencia». Es decir, si bien no se ha detectado evidencia a favor de losuniversos paralelos, no significa que sea una conjetura incorrecta. Pero porahora debemos ser cautos y admitir que no sabemos cómo ocurrió la génesisdel universo.

Ya que estamos en estas intrépidas andanzas y hemos llegado a incursionaren la intimidad del big bang, surge otra pregunta irresistible e inevitable:¿hubo un principio en el tiempo? La respuesta a esta pregunta esdiametralmente distinta según las teorías físicas a las que apelemos. Hoyexisten dos teorías reconocidas que describen el universo, pero sus principiosfísicos no conversan bien y matemáticamente parecen ser incompatibles. Unade ellas es la Teoría de la Relatividad General, que explica la gravedad y el

universo a grandes escalas, y la otra es la Mecánica Cuántica, que da cuentade los fenómenos físicos que ocurren a escalas microscópicas.

Según la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la expansión deluniverso no es la explosión de una granada en un espacio que existierapreviamente, sino que es el espacio que se dilata y desdobla de sí mismoarrastrando consigo partículas, átomos y galaxias. La teoría de Einstein norequiere de espacio o tiempo fuera de los límites del universo. El espacio y eltiempo son parte del universo, por lo que no tiene sentido en esta teoríahablar de espacio o tiempo fuera de los límites espacio-temporales deluniverso. El espacio y el tiempo nacen de un punto infinitesimalmentepequeño, matemáticamente conocido como «singularidad». En lasingularidad el tamaño del universo es cero, es decir no hay espacio nitiempo. Irónicamente, la misma teoría de Einstein falla para explicar el iniciodel universo y sepulta todo su poderío para predecir lo que pueda emanar dela singularidad.[20] Cualquier evento anterior al big bang, si es que lo hubo,no tendría efecto alguno sobre nuestro universo. Es decir, de la nada surgiríael todo y no habría nada, ni espacio ni tiempo, antes del big bang.

Si bien el universo observable por el que hemos incursionado en este libroes enorme, cerca del big bang tuvo un tamaño microscópico, y por lo tanto nopodemos ignorar las leyes de la mecánica cuántica en los primeros instantesdel universo. La singularidad puede desaparecer al tomar en cuenta lamecánica cuántica, lo cual puede tener dramáticas implicancias sobre elorigen del tiempo y del espacio, tal como veremos a continuación.

Una consecuencia de la teoría cuántica es el «principio de incertidumbre».[21] Según este principio, el universo inicial no habría sido perfectamenteuniforme, sino que habrían existido pequeñas fluctuaciones de la energíacontenida en ese pequeño espacio. Es decir, podrían haber existidomuchísimas o infinitas burbujas en ese espacio, cada una de ellas con suspropias condiciones iniciales producto del azar de la incerteza cuántica. De

una de dichas burbujas habría emanado nuestro universo con toda su energíay condiciones iniciales propias. En esta teoría es posible que el universo hayaexistido por siempre en un estado de fluctuaciones cuánticas y que unafluctuación particular haya dado el puntapié inicial a la expansión de nuestrouniverso.

El universo habría usado su propia energía en forma latente para produciruna expansión aceleradísima y las partículas elementales. Durante una muybreve fracción de segundo (la así llamada etapa inflacionaria), el universopasó de un tamaño menor del de un átomo al de una pelota de fútbol, luegode lo cual habría entrado en un proceso de ralentización durante 7.000millones de años y después en un nuevo proceso acelerado en los últimos7.000 millones de años. En este contexto, hay quienes sostienen que la breveinflación inicial es el big bang y la génesis de nuestra burbuja (el universoobservable al que tenemos acceso), pero que el universo podría haber existidoantes de la inflación.

Lamentablemente, como hemos mencionado, ambas teorías parecen serfísica y matemáticamente incompatibles. Para poder dar respuesta a lapregunta de la génesis del universo resulta ineludible unificar ambas en unateoría cuántica de la gravitación. La llamada «teoría de las cuerdas» ha sidoun intento de unificación, pero sus matemáticas son extremadamentecomplejas. En ella se apela a que el espacio no tendría tres dimensiones sinodiez. Las nuevas dimensiones serían prácticamente inobservables, por lo quesu confirmación experimental ha resistido más de tres décadas y la teoría delas cuerdas aún está en el plano de la conjetura.

Parafraseando al físico chileno Max Bañados: «La física ha soñado conuna teoría que responda todas las preguntas durante muchos años. Pero lahistoria no es amiga de las “teorías totales” […]. En ese sentido, y por irónicoque parezca, una “teoría del todo” sería un fracaso».

Quizás la «teoría del todo» de la física no tenga una expresión matemática

y nunca sea encontrada, en cuyo caso esto nos impondría un límite alentendimiento que la física pueda darnos de los primeros instantes deluniverso. Como vemos, la ciencia es una de las herramientas más poderosasque tenemos para entender la naturaleza, pero aún es incompleta y tiene suspropias limitaciones.

Pero seamos optimistas y supongamos que la curiosidad humana nosdeparará en algún tiempo futuro la «teoría del todo». ¿Será ese elconmovedor momento en que podamos saber el cómo y el porqué del origendel universo, y por qué existimos?

Anexo

¿QUÉ SON LOS ECLIPSES SOLARES?

¿Qúe es un eclipse solar? Para explicar este fenómeno necesitamos unarepresentación compuesta por tres actores: el Sol, la Tierra y la Luna. Uneclipse solar ocurre cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra.Cuando esto sucede, la circunferencia de la Luna parece ocultar completa oparcialmente al Sol. ¿Por qué pasa esto? Si bien el astro rey es cuatrocientasveces más grande que la Luna, esta última se encuentra cuatrocientas vecesmás cerca de la Tierra y, por lo tanto, para quienes observamos estefenómeno, la Luna y el Sol parecieran ser del mismo tamaño.

Todos los meses la Luna se cruza, por así decirlo, entre el Sol y la Tierra.Esa es la fase que conocemos como «Luna nueva». Si la órbita de esta fueseperfectamente circular y estuviese en el mismo plano que la órbita de laTierra, tendríamos un eclipse solar todos los meses. Sin embargo, la órbita dela Luna no está en el mismo plano que la órbita de la Tierra, y la alineaciónno siempre es perfecta, pero cuando efectivamente ocurre, entonces sucedeun eclipse. Este fenómeno se puede observar en diferentes partes del mundo,en promedio dos veces cada año. Cuando ocurre, la sombra de la Luna seproyecta sobre la superficie terrestre.

Ahora bien, cabría preguntarse si acaso existe un solo tipo de eclipse. Larespuesta es que un eclipse solar puede ser total, anular o parcial. Cada unode estos se relaciona con la proporción del Sol que es cubierta por la Luna.

Se denomina eclipse total al momento en que la Luna tapa por completo alSol, dejando ver su atmósfera como una corona ardiente. Los eclipses totales

son poco frecuentes, porque la alineación entre los tres cuerpos celestes debeser perfecta. La sombra de la totalidad mide unos pocos cientos de kilómetrosy se desplaza muy rápido sobre la superficie de la Tierra, por lo tanto uneclipse total dura unos pocos minutos y es muy difícil de captar.

El eclipse anular, a su vez, ocurre cuando la Luna se encuentra un pocomás lejos de la Tierra, debido a que su órbita no es, como hemos señalado,perfectamente circular. De allí que la Luna, al no poder cubrir el Sol porcompleto, ofrece un maravilloso anillo de fuego.

Para terminar, un eclipse parcial ocurre cuando la Luna no se alinea a laperfección con el Sol y se observa, por lo tanto, una parte del disco solar.Este fenómeno produce una sombra extendida sobre la superficie de la Tierra,con lo cual son mucho más frecuentes y pueden durar varias horas, pero amenudo pasan desapercibidas.

NOTAS

[1]. La luz es el principal medio por el cual nos llega información del universo. Otrosmensajeros cósmicos son las ondas gravitacionales, los neutrinos que emanan del centrodel Sol, los rayos cósmicos, los meteoritos que caen a la Tierra, o las muestras de rocas dela Luna.

[2]. Curiosamente, no existe ningún observador que se encuentre en reposo con respectoa la luz. Podemos afirmar, coloquialmente, que las partículas de la luz, los llamadosfotones, tienen la compulsión de estar siempre en movimiento. Todos los observadores deluniverso, independientemente de su velocidad, comprobarán que la luz se desplaza a300.000 kilómetros por segundo.

[3]. Entre otras condiciones, un planeta debe ser capaz de atraer a otros objetos cercanosy de «limpiar» su órbita. Debido a su pequeña masa, Plutón no logró atraer objetosalrededor suyo.

[4]. La expresión planeta proviene del griego y significa «errante» o «vagabundo».[5]. El cielo está dividido en 88 regiones denominadas «constelaciones». La estrella más

brillante de una constelación se denomina «Alfa», la primera letra del alfabeto griego; lasiguiente es «Beta» y así sucesivamente.

[6]. Podrás poner a prueba este sencillo método alejando el dedo índice de tu manofrente a tus ojos. Al abrir y cerrar alternadamente cada uno de ellos, verás cómo el dedoparece moverse lateralmente con respecto a la pared del fondo.

[7]. Si bien el estudio de Hubble demostró que la mayoría de las nebulosas resultaron sergalaxias a enormes distancias, una parte de ellas son nubes de gas que se encuentran alinterior de la Vía Láctea.

[8]. El big bang es el momento que corresponde al inicio de la expansión del universo,desde un estado de altísima temperatura y densidad que continúa expandiéndose hasta eldía de hoy.

[9]. Si bien estas colisiones tienen una connotación negativa, fue la caída de esteasteroide lo que permitió la extinción de los depredadores de mamíferos en la Tierra y elposterior desarrollo de nuestros antepasados. Resulta evidente que no queremos sufrir la

misma suerte de los dinosaurios, por lo tanto el gobierno norteamericano está preparandoun telescopio dedicado a monitorear continuamente el cielo durante diez años con el fin decatalogar todos los cuerpos del sistema solar mayores de 200 metros y, así, calcular susórbitas y evitar posibles colisiones. Este telescopio, llamado LSST, comenzará a operar en2022 desde Chile.

[10]. La observación directa del Sol es altamente peligrosa y puede producir ceguera. Esindispensable utilizar anteojos.

[11]. Las estrellas, en verdad, no es que se muevan alrededor nuestro, sino que es laTierra la que gira sobre su propio eje. El aparente movimiento de las estrellas en la esferaceleste es solo el reflejo de este fenómeno.

[12]. Los neutrones y los protones son las partículas que forman los núcleos atómicos.Los neutrones tienen una masa levemente superior a la del protón. Este último aporta lacarga eléctrica positiva al núcleo atómico, mientras el neutrón no contiene carga eléctrica.

[13]. Disponibles en: <http://www.verschatse.cl/gallery.htm>.[14]. La nueva estrella se llegó a ver incluso con luz de día durante dos semanas y por

dieciséis meses a simple vista durante la noche. El evento correspondió a una supernova, ladesintegración de una estrella, y fueron las observaciones del astrónomo danés TychoBrahe las que demostraron que este nuevo objeto estaba mucho más lejos que la Luna. Sibien Tycho se dio cuenta de que estaba contraviniendo las concepciones de la IglesiaCatólica, la supernova le causó tanto impacto, que decidió dedicar el resto de su vida a laastronomía.

[15]. En 1927 el físico y sacerdote belga George Lemaître llamó originalmente a esteevento como el «átomo primigenio» o «huevo cósmico». El astrofísico inglés Fred Hoyle,quien consideraba ridícula la idea de que el universo lo hubiese originado una explosión,fue quien utilizó por primera vez en un programa radial de la BBC el nombre big bang(gran explosión), intentando mofarse de este concepto. Sin embargo, la evidencia a favordel big bang fue tomando más fuerza y el célebre nombre terminaría proviniendo de suprincipal detractor.

[16]. La determinación del tiempo transcurrido desde el big bang es tan simple como elsiguiente cálculo. Imagine que usted estuviera en su auto junto a Hubble y Slipher. Sucopiloto Slipher, equipado con el mismo radar que utiliza la policía, le informa que haestado viajando a una velocidad constante de 100 kilómetros por hora desde su salida,mientras que Hubble, sentado en el asiento de atrás, mira hacia el sitio de partida y le diceque han recorrido 50 kilómetros desde que comenzó el viaje. Rápidamente usted divide 50

por 100 y sorprende a sus amigos astrónomos: «Llevamos media hora de viaje». Hubble ySlipher miran su reloj y quedan estupefactos, pensando que esta simple división aritméticales podría entregar el tiempo transcurrido desde el big bang.

[17]. El descubrimiento de la aceleración del universo y la energía oscura fue lo que lesvalió el Premio Nobel de Física de 2011 a los astrónomos Saul Perlmutter, Brian Schmidt yAdam Riess.

[18]. Las partículas elementales son las unidades indivisibles y más pequeñas de lanaturaleza. En la actualidad se conocen 17 partículas elementales que dan cuenta de lamateria común (átomos) y la energía común como la luz, que constituyen el 4 por cientodel universo. El restante 96 por ciento se encuentra en forma de materia y energía oscura,cuya composición y origen aún no conocemos.

[19]. El lector podrá encontrar mayores detalles en su libro Una bre- ve historia deltiempo.

[20]. No obstante, la Teoría de la Relatividad ha sido tremendamente exitosa para ladescripción del universo a grandes escalas y regímenes, y su más reciente y elocuenteconfirmación fue el descubrimiento de las ondas gravitacionales predichas por Einsteinhace más de un siglo.

[21]. El principio de incertidumbre señala que resulta imposible precisarsimultáneamente la posición y la velocidad de una partícula con infinita precisión.

Título original: El universo en expansión

Edición en formato digital: septiembre de 2018

© 2018, Mario Hamuy© © 2018, Penguin Random House Grupo Editorial, S.A.Merced 280, piso 6, Santiago de Chile.

Diseño de la cubierta: Random House Mondadori, S.A.

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ISBN: 978-956-9545-84-9

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