Para entender mejor el paralaje, coloca tu dedo índice cerca de la nariz y cierra sucesivamente uno y otro ojo. Observarás un desplazamiento del dedo, aun estando quieto, según el ojo con que se mire. Si en vez del dedo consideramos una estrella, que está fija en la bóveda exterior del Universo, y cada ojo como las posiciones de la Tierra a un lado y al otro del Sol, en otoño y primavera, por ejemplo, se trazaría un triángulo imaginario formado por las dos líneas de visión entre la Tierra y la estrella y la línea que une a la Tierra en ambas posiciones alrededor del Sol. Si ahora se traza una línea desde el Sol hasta la estrella tendremos dos triángulos rectángulos iguales. El ángulo del vértice estrella es el paralaje. Entonces conociendo este ángulo y la distancia entre la Tierra y el Sol (que es el cateto opuesto), mediante el uso de simple trigonometría, se podría calcular la distancia que hay entre la Tierra y la estrella (que es la hipotenusa de dicho triángulo).
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| Paralaje estelar (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Astro/para.html) |
Desafortunadamente, Aristarco no observó paralaje alguno en las estrellas y concluyó que estaban a distancias colosales. Aunque la nueva posición de la Tierra no convenció, el tamaño del Universo, que entonces era la distancia a las estrellas visibles, era mucho mayor que lo que se creía en un principio.
Tuvieron que pasar 2000 años para que se produjera la siguiente revelación importante sobre la extensión del Universo. El italiano Galileo Galilei mejoró el diseño del recién inventado telescopio y aumentó hasta cien veces el poder del ojo humano. Apuntando hacia el cielo vio montañas y cráteres en la Luna, los anillos de Saturno y lunas que orbitaban alrededor de otros planetas. Y lo más importante: apuntara donde apuntara con su telescopio veía innumerables estrellas que no eran visibles a simple vista.
A finales del siglo XVII, Giovanni Cassini y Jean Richer recurrieron de nuevo al paralaje, ahora del planeta Marte, para hallar la distancia desde dos posiciones distantes en la Tierra. Usando la tercera ley de Kepler se estimó que la distancia entre la Tierra y el Sol era 21 000 veces el radio de la Tierra. Hoy, esa distancia se conoce como Unidad Astronómica y equivale aproximadamente a 150 millones de kilómetros. Esto significaba que el Universo era muchos millones de veces mayor de lo que cualquiera hubiese imaginado.
A principios del siglo XIX se introdujeron grandes mejoras en la instrumentación astronómica que permitieron lo que no pudo hacer Aristarco en su época, detectar el paralaje estelar. En 1838, tres astrónomos diferentes lo hicieron para tres estrellas diferentes. Y en los tres casos, midieron paralajes de menos de un segundo de arco. Era lógico que Aristarco, sin la instrumentación adecuada, pudiera medir estos ínfimos ángulos.
Utilizando los ángulos observados con 6 meses de diferencia, se determinaron las distancias a estas estrellas. Pero las distancias eran tan enormes que expresarlas en Unidades Astronómicas no tenía sentido. Surgieron entonces dos nuevas unidades de medida: por un lado, el año luz, que es la distancia que recorre la luz en un año, que hoy equivale a 9,46·1012 km; y por otro lado, el pársec, que es la distancia a la que una estrella tendría un paralaje de un segundo de arco, es decir, la longitud del cateto opuesto de un imaginario y extremadamente alargado triángulo rectángulo en el espacio. Un pársec equivale a 3,26 años luz.
A finales del siglo XIX ya se conocía la distancia a la que se encontraban 60 estrellas. Incluso las más cercanas a la Tierra tienen un paralaje de menos de un segundo de arco, lo que implica que todas están a una distancia de la Tierra de más de un pársec. Estas enormes distancias fueron recibidas con asombro. Para la mayoría era increíblemente difícil comprender cuán vasto era el Universo visible.
A principios del siglo XX, la creencia generalizada era que todas las estrellas observables se encontraban dentro de la Vía Láctea y, por lo tanto, nuestra galaxia abarcaba todo el Universo.
Los astrónomos seguían usando el paralaje, pero es un método que solo funciona con estrellas cercanas; con estrellas que están muy lejos este método es poco preciso. Se presentó entonces un problema bastante simple: una estrella lejana brillante puede verse casi igual que una estrella tenue que está cerca.
Imagina que estás en altamar a bordo de un barco en una noche cerrada. A lo lejos ves dos faros, uno más brillante que el otro. Si ambos faros usaran bombillas de la misma potencia se podría concluir que el faro más lejano es aquel que brilla más tenuemente. Pero también podría darse el caso que esta luz proceda de una bombilla menos potente que quizá esté más cerca de lo que pensamos. Es decir, para conocer la distancia a la que se encuentra una estrella no basta con medir su luminosidad.
El observatorio de la Universidad de Harvard llevaba varias décadas centrado en la observación de planetas y estrellas. Con el nombramiento como director de Edward Pickering se abandonó la mera observación para dedicarse por entero a la fotografía estelar. Hasta el punto que la cantidad de fotografías superó con creces la capacidad del observatorio para procesarlas.
Pickering reunió a un equipo de mujeres cuyo cometido sería examinar fotografías y hacer cálculos con el objetivo de clasificar las estrellas. A estas mujeres se las conoció como las «Computadoras de Harvard».
Entre las «Computadoras de Harvard» destacó Henrietta Swan Leavitt, que hizo uno de los descubrimientos más importantes en la historia de la astronomía. Durante años estuvo estudiando las estrellas Cefeidas. Estas estrellas pueden ser hasta veinte veces más masivas que nuestro Sol y tienen una particularidad, su luminosidad varía de manera constante y periódica, en ciclos de unas pocas horas o incluso de varias semanas.
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| Henrietta Swan Leavitt (https://elpais.com/ciencia/2020-05-20/henrietta-swan-leavitt-madre-de-la-cosmologia-moderna.html) |
Leavitt encontró un patrón en el comportamiento de las Cefeidas de un cúmulo estelar concreto, las Nubes de Magallanes: las estrellas más brillantes tienen periodos de luminosidad más largos, es decir, pasan de brillante a tenue y viceversa más lentamente, mientras que las menos brillantes lo hacen más rápidamente.
Comparando con Cefeidas conocidas más cercanas en el Sistema Solar, observó que estas eran más brillantes que las Cefeidas de las Nubes de Magallanes con el mismo periodo de luminosidad. Y esto era simplemente porque las Nubes de Magallanes se encuentran mucho más lejos de lo estimado para la Vía Láctea. Fue un gran descubrimiento porque por fin se pudo establecer si una estrella era realmente brillante o simplemente parecía brillante al estar cerca de nosotros. Fue la clave para medir los objetos más lejanos en el Universo.
Tras el descubrimiento de Leavitt los astrónomos se vieron envueltos en un acalorado debate sobre el tamaño del Universo. La opinión más generalizada era que Andrómeda era solo una región nebulosa que estaba, al igual que la Nube de Magallanes, dentro de nuestra galaxia, que se había estimado que tenía alrededor de 300 000 años luz de diámetro, por lo que también sería el tamaño de todo el Universo. Una minoría creía que Andrómeda era una galaxia separada de la Vía Láctea, una idea extravagante entonces.
Para resolver el debate, Edwin Hubble buscó Cefeidas en Andrómeda usando el telescopio más grande del mundo entonces, el telescopio Hooker, del Observatorio Mount Wilson. Tomó fotografías noche tras noche y estimó, con el método Leavitt, que se encontraban aproximadamente a un millón de años luz de la Tierra, demasiado lejos para ser parte de la Vía Lactea. Hizo lo propio con otras nebulosas y demostró que realmente no se trataban de nebulosas sino de galaxias totalmente independientes de la nuestra. Esto indicaba que el Universo es mucho mayor de lo que se creía.
¿Cuánto mayor? Porque se sabía que las galaxias emitían colores cada vez más rojizos. Un cambio hacia el color rojo sugería que el cuerpo se está alejando rápidamente del observador. Por el contrario, un desplazamiento hacia el color azul indica que el cuerpo se acerca al observador. Todo esto hacía pensar en un Universo en expansión.
El problema estaba en que el genio de Einstein estaba empeñado en que el Universo era estático, hasta el punto de modificar sus propias ecuaciones de la teoría general de la relatividad para que se cumpliera. Era una época en la que los desarrollos teóricos iban ligeramente por delante de las observaciones. Y de momento Einstein iba acertando en todas y cada una de las predicciones que surgían de su portentosa mente.
Pero entonces, Hubble, de nuevo, hizo una brillante observación: el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias es directamente proporcional a la distancia de la galaxia a la Tierra. Es decir, si una galaxia está al triple de distancia de la Tierra que otra galaxia, la primera se aleja de nosotros tres veces más rápido de lo que lo hace la segunda. Las cosas más alejadas de la Tierra se están alejando más rápido. Quedaba claramente demostrado que el Universo está en expansión. El propio Einstein calificó su empeño en paralizar el Universo como el mayor error de su carrera.
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| Einstein y Hubble (https://www.discovermagazine.com/the-sciences/einsteins-lost-theory-describes-a-universe-without-a-big-bang) |
La expansión del Universo se puede visualizar imaginándolo como la superficie de un globo en el que se han dibujado galaxias. Al principio, cuando el globo está vacío las galaxias se encuentran muy cerca unas de otras. Y a medida que se infla el globo las galaxias se van alejando cada vez más entre sí. Y si las galaxias se están alejando unas de otras quiere decir que en el pasado estaban más cerca, lo que llevó a los científicos a pensar en la idea del Big Bang.
A principios de la década de 1990 se tenía la seguridad de que el Universo, debido a la atracción gravitatoria entre los objetos estelares, acabaría ralentizando su expansión, deteniéndola y contrayéndose a continuación. El telescopio espacial Hubble, llamado así por el célebre astrónomo, sorprendió a todos: ese momento todavía no ha llegado.
De las observaciones del Hubble de supernovas muy alejadas se podía deducir justo lo contario, lejos de frenarse, la expansión del Universo se está acelerando. Para tratar de aclarar estos datos experimentales, surgió un término que ha tenido un notable impacto: la energía oscura, cuya naturaleza aun hoy es desconocida. El Universo actual parece estar dominado por esta forma misteriosa de energía que está provocando que se expanda más rápidamente de lo esperado a grandes distancias.
Desde finales de 2021, el James Webb, el mayor telescopio espacial jamás construido, se encuentra observando el Universo profundo y no para de encontrarse galaxias detrás de otras galaxias, cada vez más lejanas a nosotros.
Las estimaciones más recientes indican que el Universo observable tiene un radio de 46 000 millones de años luz y no se sabe si es finito o es infinito. Lo único que se tiene claro es que a medida que se dispone de las herramientas adecuadas para medir su tamaño, el Universo crece, crece y crece.
BIBLIOGRAFÍA
• Asimov, I. (1975). El universo. Círculo de Lectores.
• Ortega, A. M. (2020). Eso no estaba en mi libro de Historia de la Física. Guadalmazán.
• Pérez, M. Q. (2021). Midiendo el tamaño del Universo. Anuario del Observatorio Astronómico de Madrid, (1), 415-429.
• Solís García, J. (2022). Telescopio Espacial James Webb.
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