( La Vanguardia, 9-09-01)

A lo largo de la historia de la humanidad se ha ido repitiendo la eterna pregunta: ¿qué existe más allá? La frontera de lo conocido ha ido expandiéndose a medida que hemos comprendido mejor nuestro universo. Al principio, cuando se creía que la Tierra estaba en el centro del universo, la frontera cósmica era la esfera cristalina de las estrellas, cuya distancia no se creía mucho mayor que la del Sol y los planetas. Era un universo limitado en el espacio, y la realidad que pudiera existir más allá pertenecía únicamente al mundo divino. Esta concepción se mantuvo hasta después de que se aceptara que el planeta Tierra se mueve alrededor del Sol. Entre los siglos XVII y XIX, distintos avances astronómicos permitieron demostrar que las estrellas no están colgando de una esfera celeste, sino que son otros soles que se encuentran distribuidos en el espacio tridimensional.

Las mediciones por el astrónomo William Herschel de la cantidad de estrellas en distintas direcciones del cielo pronto demostraron que nos encontramos en un sistema estelar en forma de disco, la Vía Láctea, de un tamaño finito que fue posteriormente determinado en unos cien mil años luz. La nueva concepción del universo consistía en la Vía Láctea como una isla que contiene miles de millones de estrellas, rodeada del espacio vacío e ilimitado. Finalmente, los descubrimientos de Edwin Hubble demostraron que las denominadas "nebulosas espirales" no eran nubes situadas dentro de la Vía Láctea, sino otras galaxias como la Vía Láctea esparcidas por todo el espacio que podemos observar.

¿Hasta dónde llega este universo de galaxias? La cosmología moderna nos impone un límite fundamental. Según la teoría del "big bang" o la "gran explosión", el universo fue creado hace unos quince mil millones de años. Las galaxias a gran distancia las observamos no en el momento presente, sino tal como eran en el pasado debido a que la luz viaja a velocidad finita. Cuanto más lejos observamos, más se remonta hacia el pasado nuestra observación. Por lo tanto, a medida que aumenta la capacidad de nuestros telescopios para observar objetos más distantes, vamos contemplando literalmente toda la evolución del universo.

La luz más lejana que hemos detectado es la denominada radiación cósmica de fondo, emitida antes de que existieran las galaxias, cuando el universo tenía trescientos mil años. Esta luz procede de la frontera cósmica, un horizonte observacional más allá del cual nada podemos ver simplemente porque la luz no ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros desde el inicio del universo. La región accesible a nuestras observaciones es probablemente una parte ínfima del universo de galaxias, pero nuestro horizonte observacional nos impide observar hasta dónde se extiende.

Aunque la ciencia del siglo XX ha llevado nuestra visión hasta la máxima distancia alcanzable, nos ha dejado con multitud de preguntas abiertas. Algunas se remontan a los primeros instantes: ¿por qué empezó el universo en un estado denso, caliente y en expansión uniforme? La teoría de la "gran explosión" da cuenta del universo observado una vez se postula ese estado inicial, pero deja sin respuesta nuestra curiosidad sobre el origen de ese estado. ¿Cuál es la naturaleza de la materia oscura y de la energía del vacío que se detectan en el universo? ¿Cómo surgieron las fluctuaciones, o variaciones, de densidad a partir de las cuales se formaron, por colapso gravitatorio, las galaxias? Otras preguntas se refieren a su evolución posterior: ¿cuándo aparecieron las primeras galaxias y cómo fueron las primeras estrellas? ¿Cómo han ido cambiado las galaxias? ¿Cuándo se formaron y cómo crecieron los agujeros negros de gran masa que se encuentran en su centro?

La frontera cosmológica del siglo XXI no se encuentra, pues, en el engrandecimiento del universo accesible a nuestra visión, sino en la profundización de nuestro conocimiento físico del universo y enla observación detallada de la historia de la formación y evolución de las galaxias que se encuentran desplegadas en el cielo ante nosotros.

JORDI MIRALDA ESCUDÉ, profesor de la Ohio Estate University

Desde los albores de la humanidad, todas las culturas han desarrollado su visión del universo basada en la observación de la naturaleza y los conocimientos de la época. En los pueblos primitivos, este modelo cosmológico consistía en una explicación mitológica del entorno geográfico inmediato. En las civilizaciones de la antigüedad clásica, era ya una descripción racional del sistema solar, sugerida por el movimiento aparente de los astros sobre la bóveda celeste. Observaciones astronómicas cada vez más precisas llevaron a Copérnico, Galileo y Kepler a comprender que el Sol era, en realidad, una estrella como otra cualquiera y la Tierra uno de sus múltiples planetas. De esta forma, se desvaneció definitivamente la idea de que ocupamos una posición central en el universo y, con ella, el carácter mítico-religioso que hasta ese momento había mantenido, de una u otra forma, la cosmología. A este salto conceptual siguió otro no menos decisivo para la idea que nos hacemos hoy del universo: el desarrollo, por parte de Newton, de la teoría de la gravitación universal, motor de los movimientos de todos los astros.

Pero ha sido, sin duda, a lo largo del siglo XX cuando se ha producido la eclosión de la cosmología como una ciencia empírica capaz de producir conocimientos contrastables. Esto ha sido posible gracias a la conjunción entre los grandes avances tecnológicos que nos han permitido observar a todas las frecuencias del espectro electromagnético, desde las ondas radio hasta los rayos gamma, y la aparición de nuevas teorías físicas. El resultado ha sido un modelo preciso y coherente de universo que explica cuanto en él existe hasta distancias inimaginables y cómo ha evolucionado todo desde un tiempo en el que apenas nada había tomado forma.

Las bases observacionales de ese modelo llamado "big bang" -onomatopeya inglesa de gran explosión- fueron establecidas por Edwin Hubble. Este astrónomo norteamericano descubrió, allá por los años veinte, que las estrellas que observamos por la noche están agrupadas en medio del vacío cósmico y que el universo está uniformemente lleno de otras agrupaciones parecidas. Estos sistemas estelares, llamados genéricamente galaxias, tienden a separarse unos de otros tanto más rápidamente cuanto mayor es su distancia, lo cual muestra que el universo crece y se está expandiendo como una tarta en el horno.

Por aquellos mismos años, Einstein acababa de desarrollar una teoría gravitatoria más potente que la de Newton, la famosa relatividad general, que permitía abordar la anhelada empresa de estudiar la evolución del universo. Utilizando esa nueva herramienta teórica, Friedman y Lemaître llegaron a la conclusión de que el universo ha seguido una evolución similar a la de la materia eyectada tras una explosión -de ahí el nombre de "big bang"-.

Según este modelo, la expansión del universo está siendo frenada por la propia atracción gravitatoria de la materia. ¿Podría suceder que, en un futuro, esta expansión llegara a frenarse por completo y el universo empezara a colapsar sobre sí mismo? En principio, sí. Todo depende de cuán elevada sea la densidad del universo. Podemos intentar estimar esta densidad a partir de la abundancia observada de galaxias. Sin embargo, no toda la materia que llena el universo debe necesariamente manifestarse ante nuestros telescopios. Parte de ella puede ser oscura. De hecho, analizando el movimiento de las estrellas y del gas interestelar en el interior de las galaxias, o la trayectoria de la luz al cruzar los grupos y cúmulos de galaxias, hemos podido comprobar que gran parte de la materia, en torno a un 80%, no emite luz y sólo se manifiesta a través de la gravedad que ejerce. Por otro lado, el futuro de la expansión del universo depende también de una constante que aparece en la relatividad general de Einstein. Según su valor, existe en el universo una repulsión que tiende a compensar, incluso puede que supere, la atracción que ejerce la materia. Como se ha comprobado recientemente, el universo está actualmente en fase de expansión acelerada debido a que dicha constante cosmológica ha dejado de ser despreciable frente a la densidad del universo. Ignoramos cuál es el origen de esa constante. Sólo sabemos que puede interpretarse como la energía del vacío, motivo por el que suele llamarse "energía oscura".

¿Y qué hay del pasado del universo? Según nuestro modelo, hace miles de millones de años, todo estaba mucho más apretado y caliente. El efecto de la expansión en la densidad se comprende fácilmente, mientras que el efecto en la temperatura se desprende de las leyes de la termodinámica. Cuando un fluido se expande sin que se le aporte calor, se enfría. Esto es lo que sucede, por ejemplo, con el amoniaco en el serpentín de un frigorífico. Así pues, en un pasado suficientemente remoto, la temperatura que reinaba en el universo era tan elevada que los átomos estaban rotos en núcleos y electrones y, anteriormente, los núcleos desintegrados en protones y neutrones. En los años cincuenta, Alpher y Gamow comprendieron que, al ir bajando la temperatura del universo con el paso del tiempo, esas partículas deberían empezar a agruparse en estructuras progresivamente estables. Primero se formarían los núcleos de los isótopos más pequeños y ligeros, como el deuterio, el tritio, el helio y el litio. Este proceso, llamado de nucleosíntesis primordial para distinguirlo del proceso de formación de los restantes isótopos que ha tenido lugar posteriormente en el interior (y alrededor) de las estrellas, explica perfectamente la abundancia observada de los distintos elementos químicos que existen en el cosmos. Más tarde, aquellos núcleos ligeros (con carga positiva) se agruparían con los electrones (con carga negativa) formando átomos neutros. Dado que los fotones o cuantos de luz sólo interaccionan con partículas cargadas eléctricamente, al volverse neutra la materia, dejaron de interaccionar con ella y empezaron a enfriarse a un ritmo bien conocido en función de la expansión del universo. Según los cálculos de Alpher y Gamow, aquella sopa de fotones debería tener hoy unos 3 grados de temperatura absoluta, con lo que debería ser perceptible como un fondo de microondas que llenara el universo uniformemente. En el año 1965, dos ingenieros norteamericanos, Penzias y Wilson, dieron por casualidad con una radiación de esas características. Esta confirmación representó el espaldarazo definitivo al modelo del "big bang".

¿Qué queda todavía por investigar? Evidentemente mucho. Por de pronto debemos mejorar la determinación de todos los parámetros del modelo: el ritmo de expansión o constante de Hubble, la densidad y composición de la materia, tanto oscura como visible, la constante cosmológica, así como otros parámetros que intervienen en el proceso de formación de las galaxias. Ese último aspecto es, en sí mismo, otro punto en el que todavía queda mucho por comprender. Actualmente tenemos sólo una vaga idea de cómo se han formado las galaxias. Sabemos que han surgido de pequeñas fluctuaciones de densidad en el universo primitivo que fueron amplificándose por inestabilidad gravitatoria. No obstante, desconocemos los detalles de su último moldeado. Un método potente para estudiar la formación de las galaxias y al mismo tiempo mejorar la determinación de los parámetros del modelo del "big bang" consiste en analizar en detalle la radiación cósmica de microondas de la que hablábamos. Esto es así por cuanto las pequeñas fluctuaciones de densidad al origen de las galaxias perturbaron, por efecto gravitatorio, la sopa primigenia de fotones causándole pequeñísimas variaciones en la temperatura que podemos detectar hoy y que nos informan de manera precisa sobre las características de aquellas fluctuaciones y de las propiedades del universo en el que se han desarrollado.

Finalmente está el objetivo mucho más ambicioso de alcanzar a comprender el "instante cero". Este es un campo en el que el estudio del macrocosmos, el mundo de las galaxias, confluye con el del microcosmos, el mundo de las partículas subatómicas. Actualmente tenemos muy claro que las propiedades generales del universo son consecuencia directa de las cuatro fuerzas que actúan sobre la materia: la gravedad, la fuerza electromagnética y las fuerzas nucleares débil y fuerte. La progresiva comprensión de estas cuatro fuerzas nos ha llevado a ir unificándolas, es decir, a tratarlas todas ellas como expresiones diversificadas de una única interacción. Tenemos fundadas sospechas de que, de alcanzarse la unificación total, podremos llegar a comprender el motivo último de que nuestro universo y su evolución sean como he descrito más arriba. Sin embargo, los últimos pasos de esa unificación se resisten. Probablemente descubrir cuál es la composición de la masa oscura y qué relación guarda ésta con la energía de igual nombre abra la vía hacia ese viejo sueño de la humanidad.


E. SALVADOR SOLÉ, catedrático de Astrofísica de la Universidad de Barcelona

Tratándose de ciencia básica, siempre suele plantearse hasta qué punto los resultados que se esperan de la actividad científica justifican el coste relativamente elevado de la misma. Nos referimos, claro está, no a las investigaciones teóricas, las cuales no son siquiera dignas de mención en su aspecto económico, sino a la ciencia experimental (en el caso que nos ocupa fundamentalmente observacional), que implica el uso de grandes telescopios y complejos detectores en tierra, así como el de instrumentos a bordo de satélites artificiales y sondas espaciales.

Los resultados de la astrofísica y la cosmología constituyen una parte importante de la cultura contemporánea. No se trata únicamente de su interacción con otros campos científicos (el conjunto de la física, la biología, las ciencias de la Tierra, etcétera), sino que la respuesta a las preguntas acerca del origen, evolución y futuro del universo, la exploración y explicación de los objetos y fenómenos que tienen lugar más allá de la Tierra interesan al público más amplio en medida bastante mayor que otras manifestaciones culturales que, sin embargo, nadie duda se deban financiar. Existe incluso, a este respecto, un claro desfase entre la concepción de bastantes responsables oficiales, medios de comunicación e instituciones que se ocupan de la cultura y el interés popular, mucho más enfocado este último hacia los resultados de la ciencia de lo que supuestas elites que no consideran el analfabetismo científico motivo alguno de rubor suelen imaginar. La expansión del universo, cómo se formaron las galaxias y cómo evolucionan las estrellas, la existencia de planetas en torno a otros soles, la posibilidad de vida extraterrestre son algunos ejemplos de cuestiones cuyas respuestas científicas no dejan prácticamente a nadie indiferente.

Aun siendo lo anterior importante, las considerables inversiones que los países más industrializados dedican a la astrofísica no responden sólo al papel de ésta como elemento de la cultura, sino sobre todo al que desempeña como estímulo de la innovación tecnológica. Explorar los confines del universo para retrazar su historia, detectar objetos de brillo extraordinariamente débil, contemplar el universo no sólo en luz visible sino a través de todo tipo de radiaciones supone rebasar continuamente los límites de las técnicas más diversas. La ambición e imaginación de científicos e ingenieros impulsa la construcción de instrumentos con capacidades extraordinarias y los conocimientos y experiencia así adquiridos son un valioso capital que no se crearía de no haberse planteado el objetivo de ampliar y profundizar nuestro conocimiento de lo que existe fuera de la Tierra y de lo que sucedió mucho antes de que ésta se formara.

Por lo dicho, no es de extrañar que con la industrialización y modernización de los últimos años hayan empezado a hacerse también en España inversiones de cierta importancia por su magnitud destinadas tanto a instrumentación astrofísica como para los observatorios terrestres y para misiones espaciales. En este sentido, está en fase avanzada de construcción un telescopio de 10,2 metros de diámetro (acompañado de diferentes instrumentos para la detección y análisis de la luz captada por éste) en las islas Canarias y se ha participado o se va a participar en la instrumentación a bordo (y, claro está, en la explotación de los datos obtenidos) de varias misiones científicas desde el espacio.

Si nuestro país pretende un puesto entre los de industria tecnológicamente más avanzada, esto debería ser sólo un comienzo. Aprovechar las oportunidades que se irán presentando de participar en los más ambiciosos proyectos internacionales en este campo sería pues no sólo una empresa científica, sino también una contribución muy apreciable a ese progreso material que tan unánimemente se dice querer promover.

R. CANAL, catedrático de Astrofísica de la Universitat de Barcelona