Ocho misterios del universo

Fenómenos como la energía oscura que estira el cosmos, la era en que se formaron las galaxias o el calor del Sol se resisten a las explicaciones de la ciencia

La nebulosa Carina, un panorama de gas, polvo y estrellas, vista en infrarrojo por el telescopio VLT, en Chile. / ESO / T. PREIBSCH

¿Qué buscan los astrónomos cuando miran al cielo? Todo tipo de fenómenos y astros, por supuesto. Incluso se asoman al universo tal y como era cuando apenas habían transcurrido unos minutos desde la gran explosión del Big Bang. Han adquirido una ingente cantidad de conocimientos de notable precisión sobre cómo nacen las estrellas, cómo se distribuyen las galaxias en el cosmos, de qué está hecho este, etcétera. Pero cuantas más respuestas obtienen, más incógnitas emergen y las preguntas fundamentales, los retos más difíciles, van cambiando. Hoy aún destacan ocho profundos misterios en la astronomía, según la perspectiva de la revista científica Science. El más candente, la llamada energía oscura que está estirando el universo más de lo esperado, podría ser un misterio para siempre, aventuran los expertos. Otros, como los detalles de las explosiones estelares o los mecanismos subyacentes al intenso calor de la corona solar, quizá se descifren pronto.

» Energía oscura. Desde que hace 13.700 millones de años nació en una gran explosión, el universo se expande, como un globo que se hincha, y las galaxias se alejan unas de otras. Así seguiría hasta que, si hubiera suficiente masa, la atracción gravitatoria haría que en algún momento empezara a replegarse y acabaría de nuevo todo comprimido. Caso de no haber suficiente masa en el cosmos, la expansión no cesaría nunca. Hace 14 años, unos científicos se llevaron la gran sorpresa: la expansión del universo, en lugar de ralentizarse, se acelera. Los datos vencieron el escepticismo inicial, y hasta tal punto el descubrimiento se considera sensacional que se llevó el último Premio Nobel de Física. Se ha denominado la energía oscura, pero nadie sabe qué es lo que está actuando para producir esa aceleración de la expansión.

La mejor explicación para muchos es la constante cosmoló-gica que propuso Einstein —aunque luego la rechazara— y que sería “una propiedad del vacío que estiraría el espacio-tiempo”, analiza Science. También podría ser un nuevo tipo de fuerza, algo llamado la quinta esencia del universo. “Por último, la energía oscura podría ser una ilusión, un signo de que la comprensión que los científicos tienen encapsulada en la relatividad general no es correcta”, continúan estos expertos.

» Materia oscura fría o caliente. Según los cálculos actuales, solo el 4,6% del universo es materia común, los átomos y partículas que forman todo lo que vemos. El 72% es energía oscura, y el 23% no está mucho más claro: es la denominada materia oscura. No absorbe ni emite luz en cualquier longitud de onda que se mire, pero manifiesta su presencia por su efecto gravitatorio, sobre todo, en las galaxias. Según una teoría, la materia oscura estaría compuesta de desconocidas partículas elementales pesadas, lentas —frías— de masa entre una y mil veces la del protón. Pero las observaciones, cálculos, hipótesis y simulaciones no cuadran de todo; y otra opción es que la materia oscura sea caliente, con partículas igualmente desconocidas, pero con una masa de unas pocas millonésimas de las del protón. Para buscar respuestas hay varias iniciativas, como la observación de galaxias y las estructuras que forman. Pero también el gran acelerador LHC puede encontrar la clave, ya que tal vez encuentre, si existen, nuevas partículas que serían buenas candidatas a materia oscura.

» Los átomos perdidos. “Para describir el universo uno necesita saber qué hay en él y dónde residen sus componentes”, plantea Science. “Pero los astrónomos están lejos de completar el inventario”. No solo se resiste la energía oscura y la materia oscura. Más de la mitad de la materia bariónica, los protones y neutrones de los átomos ordinarios de las estrellas, los planetas, el gas y polvo del universo sigue pendiente de cuadrar en el balance. Los cosmólogos han calculado la densidad de los bariones en el universo primordial y, aunque el cosmos ha cambiado mucho desde entonces, la misma cantidad debería estar en el presente. Pero el recuento actual no casa: las galaxias suponen el 10% de la materia bariónica; otro 10% es el gas intergaláctico y un 30% más está en las acumulaciones de gas frío en el espacio. Los físicos sospechan que el 50% de materia bariónica que falta está en forma de un plasma caliente y difuso del medio intergaláctico.

» Explosiones estelares. Las estrellas nacen, viven y mueren. Y su destino depende de su masa. En su interior, un reactor de fusión la hace lucir y evita su colapso bajo el efecto de la gravedad. Pero el combustible, hidrógeno, se acaba. Si la estrella es, al menos, ocho veces más masiva que el Sol, cuando se apaga el reactor se hunde; se forma en el centro una compacta estrella de neutrones y las ondas de choque generadas en el proceso hacen que salgan disparadas las capas exteriores en una explosión de supernova, que puede brillar más que la galaxia que la aloja. Si la estrella es aún más masiva se formará al final un agujero negro. Otra posibilidad es que dos estrellas estén orbitando una en torno a otra y una atraiga materia de la vecina hasta que colapsa y genera una brillante explosión. Pero sobre estos procesos hay muchas incógnitas: ¿cuánta materia debe robar una a otra en el último caso? ¿Cuánto tarda el proceso? ¿Cómo se forma un agujero negro?

» Primeras estrellas y galaxias. Tras el Big Bang, el universo empezó a expandirse y a enfriarse. Hace unos 400.000 años, los protones y electrones se habían enfriado suficiente como para formar átomos de hidrógeno neutro, y los fotones, las partículas de luz, pudieron empezar a viajar libremente. El universo se hizo transparente. Pero cientos de millones de años después, algo arrancó de nuevo los electrones de los átomos y la mayor parte de la materia del universo se convirtió en el plasma ionizado que permanece hasta hoy. ¿A qué se debió? Los telescopios son capaces de ver el universo en su infancia, cuando tenía 400.000 años. Pero entre esa transparencia y las galaxias formadas hubo un periodo oscuro, en el que tuvo lugar la ionización, inaccesible por ahora a nuestros observatorios. Fue en esa era oscura cuando se originaron las primeras estrellas y galaxias.

» Rayos cósmicos superenergéticos. Los rayos cósmicos son partículas eléctricamente cargadas —protones, electrones y núcleos atómicos de hidrógeno o helio— que bombardean constantemente la Tierra procedentes del espacio. Son de diversa energía y se generan, por ejemplo, en el Sol o en objetos de nuestra galaxia. Pero también pueden surgir en el entorno de agujeros negros o en las explosiones de rayos gamma. El origen de los más potentes, con energías hasta 100 millones de veces superiores a las partículas que circulan en los aceleradores de vanguardia, son un enigma.

» El extraño sistema solar. Desde que se descubrió el primer planeta extrasolar, hace 17 años, se han detectado más de 700. Los hay de todo tipo: grandes, pequeños, rocosos, gaseosos, fríos, incluso en órbita de dos astros. Pero la diversidad y la incógnita esta también en casa: los astrónomos no acaban de explicarse muchas cosas de los ocho planetas que giran alrededor del Sol. Mercurio, Venus, la Tierra y Marte son rocosos con núcleos metálicos, pero distintos. Basta ver la habitabilidad de la Tierra y el infierno de atmósfera densa de Venus o el desierto Marte. Júpiter Saturno, Urano y Neptuno tienen sus características. Los científicos tienen explicaciones para muchas diferencias, como la distancia al Sol o su formación y primera evolución, pero faltan importantes detalles.

» El ardiente Sol. De nuestra estrella se sabe mucho, pero no todo. La atmósfera del astro, la corona, alcanza temperaturas que van desde los 500.000 grados centígrados hasta seis millones de grados. Se comprende básicamente cómo se calienta esa corona y, sin duda, hay mucha energía en el interior del Sol que emerge a la superficie por los campos magnéticos. Pero sobre el mecanismo de transporte de calor hacia el exterior, no hay acuerdo entre los expertos. Aunque se observa la estrella con telescopios en el espacio y en tierra, los físicos aún no pueden medir directamente muchas propiedades cruciales. Los nuevos observatorios en preparación pueden dar respuestas.

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