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¿Por qué el cielo es oscuro por la noche?

Mientras que algunos astrofísicos trabajan en solitones magnetohidrodinámicos y en otros campos más sofisticados, últimamente otros han estado meditando sobre una vieja cuestión: ¿por qué el cielo es oscuro por la noche? Es un enigma que no desaparece la paradoja del cielo oscuro, también conocida como la paradoja de Olbers, debida a Wilhelm Olbers, un astrónomo del siglo XIX que la sacó de nuevo a la palestra un siglo después de que Edmon Halley mencionase una cierta paradoja metafísica en la Royal Society: “Si el número de estrellas Fixt fuese más que finito, la superficie entera de su aparente Esfera sería luminosa”.

El quid del problema era la idea relativamente nueva de que el universo era ilimitado y eterno. En un universo infinito, con estrellas y galaxias extendidas en todas direcciones, cualquier línea visual desde un observador en la Tierra necesariamente tiene que tropezar con una estrella. Los astrónomos no deberían ver espacios oscuros entre las estrellas, los espacios deberían estar ocupados por otras estrellas, al igual que en un bosque muy espeso donde no se ven más que árboles en los espacios que hay entre árboles. El cielo tendría que estar iluminado con un brillo uniforme.

La respuesta de que la luz se atenúa con la distancia no era válida. Dos veces la distancia a una estrella implica un cuarto de la intensidad aparente, pero también implica ocho veces el número de estrellas. Las estrellas muy lejanas pierden brillo, es verdad, pero debe haber suficiente número de ellas como para compensar esto. En las generaciones posteriores, la ciencia ha resuelto, debatido, y vuelto a resolver muchas veces la paradoja de Olbers. Sin embargo, ahora un grupo de investigadores sostiene, presentando nuevos cálculos en el Astrophysical Journal, que la astrofísica moderna no ha hecho sino añadir más confusión a la cuestión. “Difícilmente habrá otro tema astronómico tan fundamental en la naturaleza y en el que todavía se siga teniendo tan desconocimiento”, escribieron los investigadores, añadiendo que la situación era escandalosa. De las diez más recientes explicaciones que se presentan en los libros de consulta, dicen que “solo tres pueden considerarse más o menos correctas”.

Algunos astrónomos propusieron hace tiempo que la luz delas estrellas debe ser absorbida por el polvo existente en las vastas extensiones del espacio interestelar. Esta propuesta se vino abajo cuando los cálculos revelaron que, si se absorbiese tan luz, el polvo se pondría tan caliente que radiaría la energía e iluminaría el cielo por la noche. De hecho, el flujo de energía ofrece otra forma de presentar la paradoja, pareciendo distinta pero matemáticamente equivalente. Las estrellas envían radiación en forma de fotones y esa energía tiene que ir a algún sitio. Cálculos más o menos fáciles sugieren que todo el espacio debería calentarse tanto como la superficie de la estrella.

“Los fotones se están moviendo alrededor,pero no están perdidos” dice James E. Peebles, de la Universidad de Princeton. “Si el universo es infinito y eterno, tendríamos una acumulación infinita de densidad de energía. Lo cual es absurdo”. Hasta hoy, algunos teóricos han citado la expansión del universo, después de su explosiva creación en el Big Bang, como la razón para esa oscuridad. Puesto que expansión significa que las estrellas están todas en disminución -y cuanto más distante esté la estrella, mayor es su velocidad aparente-. menos luz nos llegará.

Por descontado que Olbers y Halley comprendieron la paradoja en el contexto de la geometría euclídea y de la física de Newton: tres dimensiones, nada de Big Bang, sin relatividad, sin curvatura topológica y sin ninguno de los aspectos tan peculiares de la revolución de Einstein. Esas ideas despertaron por los años cincuenta un nuevo interés en la paradoja, pero los científicos encontraron que también traían nuevas dificultades. “El interés desapareció por la complejidad de los nuevos modelos cosmológicos tratando de entender los que le pasa a la radiación en el marco de un espacio curvado en expansión”, dice Edward R. Harrison, de la universidad de Massachusetts, astrónomo que ha seguido la historia de la paradoja y encontrado a lo largo de los siglos quince soluciones distintas. “Todo esto era muy complicado. Era un problema comprender claramente que el enigma no está afectado por si el espacio está o no curvado. No importa si el universo es finito o infinito, y tampoco importa realmente si es estático o está en expansión”.

Los astrofísicos Paul S. Wenson y Rolf Stabell, del Instituto de Astrofísica Teórica de la Universidad de Oslo, presentaron nuevos cálculos y encontraron que, como mucho, la expansión del universo reduce a la mitad la cantidad de luz que nos llega. Esto esta muy lejos del trillón o más de veces que se necesitan para justificar la oscuridad real que observamos. Fue Harrison qyuen impulso lo que ahora parece la clave más persuasiva de la paradoja de Olbers: la edad finita delas galaxias. Nadie sabe exactamente cuando fue la explosión cósmica a partir de la cual surgió el universo -puede que fuese hace 10 billones de años, quizá 14 o 18 billones-, pero cualquiera que fuese la edad, la explosión impuso un límite inviolable al alcance de nuestra vista. Todas las estrellas más lejanas de 18 billones de años luz son invisibles porque su luz todavía no ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros. Es como si el universo visible estuviera encerrado en un contorno esférico, el “horizonte de partículas”, expandiéndose hacia afuera un año-luz cada año.

Los astofísicos de Ontario y Oslo dicen que sus cálculos confirman esto sin lugar a dudas; la edad finita de las galaxias restringe de una forma definitiva el número de fotones que han sido emitidos por el espacio intergaláctico. as oscuridad no es absoluta. Durante al menos viente años, los astrónomos saben que el vacío aparente del espacio está relleno con una radiación de fondo de bajo nivel, los restos del Big Bang. En cierto modo, la radiación de fondo también se ha convertido en parte de la paradoja de Olbers -una luz en todas las direcciones, uniforma e intensa, aunque mucho más apagada que la superficie llameante de las estrellas.

Los contemporáneos de Halley, incluyendo Newton, no podrían haber pensado en el Big Bang, pero sabían perfectamente bien que la luz viaja con una velocidad finita. Se podrían haber dado cuenta de que un universo no tan eterno responde a la paradoja de Olbers. Pero es difícil admitir la idea de que mirar a lo lejos realmente es mirar más lejos todavía en el tiempo. Además, la edad del universo -seis mil años, según los cálculos bíblicos- era un tema delicado para los astrónomos newtonianos, como observa Harrison. “La idea de que pudieses volverte a mirar a Dios era un poco fuerte para los círculos victorianos, y esto retrasó la solución”. Cuando miras los espacios oscuros que hay entre las estrellas, estás realmente mirando hacia la creación.

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