Lo que la cosmología de precisión le debe al Hubble

23/04/2015 2 comentarios
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La imagen de un cielo despejado en una noche fría de invierno en la montaña es sobrecogedora. Millones de estrellas nos contemplan desde cientos a miles de millones de años luz de distancia. Ese universo lejano ha dejado de ser tan remoto gracias a un instrumento único, el telescopio espacial Hubble. Este mes el Hubble cumple 25 años (#Hubble25) funcionando casi ininterrumpidamente en el espacio.

 El lanzamiento del Hubble desde Cabo Cañaveral el 24 de abril de 1990 a bordo del Discovery

Aún recuerdo con emoción y sorpresa la Escuela de Verano en La Cristalera de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), del 17 al 19 de julio de 1989, titulada "El acelerador LEP y el telescopio Hubble: Dos nuevas herramientas para el estudio del universo". En ella nos iniciaron en una ciencia que parecía más ficción que realidad, máquinas que exploraban el mundo microscópico hasta energías impensables, o se adentraban en el universo lejano hasta distancias inconmensurables. Mientras que el Large Electron Positron Collider del CERN hace tiempo que fue desmantelado y su túnel está ocupado ahora por el Large Hadron Collider, el Hubble continúa asombrándonos con sus imágenes y su descenso a los infiernos (literalmente, pues se quemará en su reentrada en la atmósfera terrestre) no está programada hasta al menos dentro de otros 10 años.

El Hubble orbitando en el espacio exterior a 560 km de la Tierra

Lo extraordinario del Hubble no es su tecnología avanzada, ni su óptica, ni el tamaño de su espejo, sino lo que con mucha gracia decía Wendy Freedman en sus presentaciones: "location, location, location". Esto es, el hecho de que a pesar de que la atmósfera sea transparente a la radiación electromagnética en la región del espectro visible, aun así distorsiona su trayectoria y las imágenes de objetos astrofísicos lejanos como estrellas o galaxias aparecen borrosas. Al orbitar a 560 km de altura de la Tierra, más allá incluso que la Estación Espacial Internacional, el Hubble tiene vía libre a esa luz (ultravioleta, visible y en el infrarrojo cercano), que nos llega de los confines del universo.

La galaxia Sombrero vista por Hubble en el infrarrojo cercano

No solamente nos cautivan por su belleza las imágenes del Hubble, sino que la capacidad colectora de luz de este extraordinario telescopio ha permitido que al menos cinco grandes hitos en cosmología se los debamos al Hubble. Por orden de importancia yo los ordenaría empezando por el descubrimiento de la aceleración del universo gracias a las imágenes de supernovas lejanas de tipo Ia observadas por el Hubble, que ha revolucionado nuestra percepción de la cosmología como ciencia y que, junto a las medidas del fondo cósmico de radiación del satélite Planck, permiten hoy en día definir un modelo estándar de la cosmología, algo que era impensable hace 25 años.

El Hubble Deep Field muestra el Universo profundo, donde se han descubierto galaxias que emitieron su luz hace 13.000 millones de años

Además, las medidas de campo profundo del Hubble permitió descubrir galaxias que emitieron su luz cuando el universo tenía tan sólo unos pocos cientos de millones de años, una hazaña sin precedentes y que de hecho aún no ha sido superada. Esto nos permite a los cosmólogos preguntarnos por los mecanismos que llevaron a la formación de esas primeras galaxias y cuestionar los principios básicos de la generación de estructura en el universo, la naturaleza de la materia oscura y la evolución de esas galaxias primigenias. Las imágenes de gran campo por otra parte nos muestran enormes cúmulos de galaxias que se mantienen unidas por la fuerza de atracción de ingentes cantidades de materia no luminosa que aún no hemos descubierto, y cuyos efectos se deducen de las distorsiones de lente gravitacional que inducen sobre las galaxias que se encuentran detrás del cúmulo.

El cúmulo de galaxias CL0024 es un ejemplo de la capacidad del Hubble para estudiar las lentes gravitacionales inducidas por la materia oscura del cúmulo

Aunque habían sido predichos por los astrónomos, debido a los efectos que tenían sobre estrellas cercanas, la observación de los agujeros negros supermasivos que habitan en el interior de (casi) todas las galaxias se la debemos al Hubble. Su origen es incierto, aún no se sabe si crecen por acreción de gas o bien por la fusión de agujeros negros más pequeños. Lo cierto es que gracias al Hubble sabemos que estos monstruos de muchos millones (hasta miles de millones) de masas solares están en el centro de todas las galaxias espirales y probablemente son la fuente de energía de los potentes cuásares, que emiten su luz desde distancias verdaderamente cosmológicas. Las observaciones detalladas de la emisión de chorros de gas y partículas relativistas por el Hubble han resuelto numerosas incógnitas sobre dichos agujeros negros, llegándose a observar cómo uno de estos monstruos se tragaba una estrella entera.

En esta imagen de la galaxia M82 se observa una supernova en el margen inferior derecho del disco, que permite calcular el efecto de la energía oscura sobre la expansión del universo

Los chorros de rayos gamma (o gamma ray bursts, GRB en inglés) son potentísimos haces de rayos gamma que nos llegan de enormes distancias y duran entre unos milisegundos y unos minutos. Su origen es aún un misterio, podrían ser explosiones de hipernovas, colisiones de estrellas de neutrones o incluso debidas a la destrucción de una estrella por fuerzas de marea en un agujero negro. Las medidas de Hubble del resplandor posterior a la explosión del GRB 130603B permitieron confirmar la hipótesis de que se trataba de los estertores de una estrella de neutrones cayendo en un objeto muy compacto, probablemente un agujero negro. Algunos de estos GRB son tan brillantes que pueden observarse a miles de millones de años luz de distancia, pero por desgracia no tienen una curva de luz estándar que nos permita usarlos para medir distancias cosmológicas.

Las galaxias cercanas como NGC 5584 (en la imagen) poseen estrellas Cefeidas que pueden ser calibradas gracias a las observaciones del Hubble

Finalmente, uno de los proyectos clave por los que fue lanzado al espacio el telescopio Hubble es la medida del ritmo de expansión del universo. Hace 25 años dicha medida tenía errores del orden del 100 %, oscilaba entre 40 y 100 km por segundo y por megaparsec. Este lamentable estado necesitaba medidas detalladas de la luz emitida por unas estrellas variables llamadas Cefeidas, cuyo ciclo de captura electrónica del átomo de helio induce oscilaciones periódicas en la luminosidad de la estrella. Esto permite calibrarlas y de ahí determinar su distancia absoluta, con la que calcular el ritmo de expansión del universo. Con estas medidas del Hubble fue posible medir el ritmo de expansión actual en 73 km/s/Mpc con un error del 2 %. Esta medida es sin duda uno de los pilares de la cosmología moderna y nos permite afirmar que el universo que habitamos tuvo su origen hace 13.800 millones de años en la gran explosión (Big Bang).

Las fotos del Hubble, como esta de NGC 2074, poseen una calidad y una estética muy características

Hay muy pocos experimentos diseñados por el hombre que hayan tenido un impacto similar al del telescopio espacial Hubble en la imaginería de nuestra sociedad moderna. Cualquier persona en cualquier lugar del mundo es capaz de reconocer las imágenes del Hubble por su nitidez y por sus colores; han llegado a formar parte de nuestra cultura estética. Afortunadamente, aún le quedan al Hubble muchos años para seguir asombrándonos.

Happy Birthday, Hubble, and many returns!