El Universo asombroso

  ¡Humano al fin y al cabo!

Federico el Grande decía que Leibniz “…era una academia por sí mismo”. La disputa con Newton por llevarse el mérito de la invención del cálculo infinitesimal. Newton se llevó la gloria (parece que haciendo trampas). También al astrónomo Flamsteed le jugo una mala pasada. Además el gran público desconoce el interés de Newton por la Alquimia con la que jugaba a escondidas según revelaron viejos documentos hallados en un viejo baúl encontrado en su casa y subastado después de su muerte.

Sí, es posible que la vida sea igual en todas partes

¿A qué se refieren los científicos cuando dicen que ellos “conocen” lo que hay dentro del un átomo, por ejemplo, o lo que pasó en los tres primeros minutos de “vida” del Universo? En realidad, se refieren a que tienen lo que ellos denominan un modelo del átomo, o del universo temprano, o lo que sea en que ellos estén interesados, y que este modelo encaja con el resultado de sus experimentos, o sus observaciones del mundo. Este tipo de modelo científico no es una representación física de la cosa real, del mismo modo que un modelo de avión representa un avión de tamaño natural, sino que es una imagen mental que se describe mediante un grupo de ecuaciones matemáticas lo que se piensa que “aquello” es, y, nos dice como se comporta la Naturaleza

Los átomos y las moléculas que componen el aire que respiramos, por ejemplo, se pueden describir en términos de un modelo en el que imaginamos cada partícula como si fuera una pequeña esfera perfectamente elástica (una diminuta bola de billar), con todas las pequeñas esferas rebotando unas contra las otras y contra las paredes del recipiente.

Ésa es la imagen mental, pero es sólo la mitad del modelo; lo que lo hace un modelo científico es describir el modo como se mueven las esferas y rebotan unas contra otras mediante un grupo de leyes físicas, escritas en términos de ecuaciones matemáticas. En este caso, estas son esencialmente las leyes del movimiento descubiertas por Isaac Newton hacen más de 300 años.

Sí, en aquel año 2012 muchos esperaban el final predicho por los Mayas. Sin embargo, como dije en aquellos días en estas mismas páginas, todo siguió igual y nada de aquellas predicciones sucedieron. En una de mis trabajos quedó bien explicado el significado de la predicción.

                                                  Mirando dentro del átomo

Utilizando estas leyes matemáticas es posible predecir, por ejemplo, qué le pasará a la presión ejercida por un gas si se aplasta hasta la mitad de su volumen inicial. Si hacemos el experimento, el resultado que se obtiene encaja con la predicción del Modelo (en este caso la presión se doblará), lo que lo convierte en un buen modelo.

Naturalmente, no deberíamos sorprendernos de que el modelo estándar de un gas que lo describe en términos de pequeñas bolas que rebotan unas contra otras de acuerdo con las leyes de Newton haga esta predicción en concreto correcta, porque los experimentos fueron hechos primero, y el modelo fue diseñado o construido, para hacer encajar los resultados de esos experimentos.

                                  Tenemos modelos para todo

El siguiente paso en el proceso científico es utilizar el modelo que se ha desarrollado desde las medidas efectuadas en un grupo de experimentos para hacer predicciones (predicciones precisas, matemáticas) sobre lo que le pasará al mismo sistema cuando se hacen experimentos diferentes. Si el modelo hacer predicciones “correctas” bajo nuevas circunstancias, demuestra que es un buen modelo; si fracasa al hacer las predicciones correctas, no se puede descartas completamente, porque todavía nos dice algo útil sobre los primeros experimentos; pero en el mejor de los casos tiene una aplicabilidad limitada.

De hecho, todos los modelos científicos tienen aplicabilidad limitada. Ninguno de ellos es “la verdad”. El modelo de un átomo como una pequeña esfera perfectamente elástica funciona bien en cálculos de cambio de presión de un gas bajo circunstancias diferentes, pero si queremos describir el modo en que el átomo emite o absorbe luz, necesitamos un modelo de átomo que al menos tenga dos componentes, un núcleo central diminuto (que se puede considerar él mismo como una pequeña esfera perfectamente elástica para determinados fines) rodeado por una nube de electrones.

Creamos un Modelo en nuestra Mente y tratamos de comprobarlo con una y mil pruebas, y cuando los resultados coinciden, lo damos por bueno. Sin embargo, no siempre el Modelo es ajusta fielmente a la realidad de la Naturaleza, del Universo, toda vez que, nos quedan cuestiones por comprobar a las que no podemos tener acceso por falta de conocimientos intelectuales, por no tener la tecnología adecuada… Pero vamos avanzando.

Los modelos científicos son representaciones de la realidad, no la realidad en sí misma, y no importa lo bien que funcionen o lo precisas que sean sus predicciones bajo circunstancias apropiadas, siempre se considerarán aproximaciones y ayudas a la imaginación, más que la verdad absoluta. Cuando un científico afirma, por ejemplo, que el núcleo de un átomo está compuesto por partículas denominadas protones y neutrones (nucleones) lo que en realidad debería decir es que el núcleo de un átomo se comporta, bajo determinadas circunstancias, como si estuviera formado de protones y neutrones. Los mejores científicos toman el “como si” como se lee, pero entienden que sus modelos son, efectivamente, sólo modelos; científicos menores a menudo olvidan esta diferencia crucial.

Los científicos menos y muchos no-científicos, tienen otra idea equivocada. A menudo piensan que el papel de los científicos hoy en día es llevar a cabo experimentos que probarán la exactitud de un modelo con una precisión cada vez mayor -hacia posiciones con más y más decimales- ¡En absoluto! La razón para llevar a cabo experimentos que demuestren predicciones previas no comprobadas es descubrir (como decía Feynman) donde fallan los modelos.

Aquí nos dicen que Omega (Ω), es decir, de la materia contenida en el Universo, depende como éste pueda estar conformado: Plano, Abierto o Cerrado y, según sea el universo en el que vivimos, así será su final. Parece que, de todas las maneras que ha sido observado, la Densidad Crítica del Universo, es decir, la cantidad de materia que contiene, es la que hace de nuestro universo un universo plano que se expandirá para siempre, y, la “muerte” térmica podría ser el fin. La expansión hace que las galaxias se alejen las unas de las otras y el universo sea cada vez más frío, y, cuando alcance el Cero Absoluto (-273,144 ºC)… ¡Ni los átomos se moverán!

Encontrar defectos en sus modelos es la esperanza abrigada por los mejores científicos, porque esos defectos -cosas que los modelos no pueden predecir o explicar en detalle- destacarán los lugares donde necesitamos una nueva comprensión, con modelos mejores, para progresar…

El arquetipo ejemplo de esto es la Gravedad. La ley de la gravedad de Newton se consideró la pieza clave de la física durante más de doscientos años, desde la década de 1680 hasta comienzos del siglo XX. Pero había unas pocas, aparentemente insignificantes, cosas que el modelo newtoniano no podía explicar (o predecir), referente a la órbita del planeta Mercurio y al modo como la luz se curva cuando pasa cerca del Sol.

El modelo de la Gravedad de Einstein, basado en su teoría general de la relatividad, explica lo mismo que el modelo de Newton, pero también explica los detalles sutiles de órbitas planetarias y curvatura de la luz. En ese sentido, es un modelo mejor y más completo que el anterior, y hace predicciones correctas (en particular, sobre el Universo en general) que el viejo modelo no hace. Pero el modelo de Newton todavía es todo lo que se necesita si se está calculando el vuelo de una sonda espacial desde la Tierra hasta la Luna. Se podrían hacer los mismos cálculos empleando la relatividad general, pero sería más tedioso por su complejidad y daría la misma respuesta, así que, en muchos casos donde no existe la complejidad, se utiliza el modelo más sencillo de Newton.

En realidad, Einstein con su Relatividad General, nos trajo una nueva Cosmología.

Así que, amigos, los modelos (todos los modelos) han sido y serán buenos en su momento y, también, como ocurrió con el de la Gravedad, vendrán otros nuevos que los superarán y servirán mejor y de manera más profunda en el conocimiento de las cosas que traten, llegando así un poco más lejos en nuestros conocimientos sobre la Naturaleza, ya que, a medida que observamos el Universo, nuestras mentes se abren al saber del mundo que nos rodea y cada vez, podemos comprender mejor lo que realmente ocurre en él.

Nuestras percepciones del Universo son, la mayoría de las veces, equivocadas, y nos formamos una idea de lo que allí está o de lo que allí ocurre que, en la realidad, es otra muy diferente. Y, eso, es así debido a que nuestros conocimientos son muy limitados sobre las cosas, y, está aconsejado por ideas preconcebidas que, muchas veces, entorpece la comprensión de esa realidad que incansables buscamos.

Cuando se consiguen describir de manera exitosa las cosas que ocurren en la Naturaleza, como es el caso de la Relatividad, tanto especial como General, a los físicos, les encanta definirlos como “modelo estándar”. El modelo de los gases de las bolas de billar (que también es conocido como teoría cinética, ya que trata de partículas en movimiento) es un modelo estándar. Pero cuando los físicos hablan de “el modelo estándar”, se están refiriendo a uno de los grandes triunfos de la ciencia del siglo XX.

Gravedad y Mecánica cuántica son los dos modelos prevalentes hoy en la física del mundo, de la Naturaleza, del Universo. Ahí están las explicaciones que de la materia, del espacio tiempo y de las fuerzas universales y las constantes podemos dar y, estamos tratando de abrir camino a nuevas teorías y modelos que nos lleven más allá pero, necesitamos saber matemáticas que no se inventaron aún y también, disponer de energías imposibles, ya que, la energía de Planck de 10¹⁹ GeV necesaria para llegar hasta las cuerdas… ¡es sólo un suelo del futuro lejano!

Así ocurre con los modelos que describen la Mecánica Cuántica y la Relatividad, son Modelos Hitos en la Historia de la Ciencia de la Humanidad. Ambos modelos han sido explicado aquí, en mis comentarios muchas veces y, además, no es este el motivo del presente trabajo que, se circunscribe a explicar lo que es un modelo científico y como funciona, al mismo tiempo de cómo se valora su validez que, en realidad, nunca será definitiva, que es lo que ocurre con nuestros conocimientos.

emilio silvera

Al final, el famoso Planeta X podría convertirse pronto en realidad. El conocido astrónomo Michael Brown, descubridor de Eris y Sedna, acaba de aportar, junto a su colega Konstantin Batygin, las mejores evidencias que existen hasta ahora de la existencia de un nuevo y distante planeta gigante en los confines del Sistema Solar. Su trabajo, que está revolucionando a la comunidad científica internacional, fue publicado en The Astronomical Journal.

Todo parece indicar que estamos más cerca que nunca de descubrir el noveno planeta del Sistema Solar. Y no se trata esta vez de pequeños mundos helados más allá de la órbita de Plutón, como el que anunció la Institución Carnegie el pasado mes de noviembre, ni tampoco de un simple objeto transneptuniano, sino de un auténtico gigante de tamaño comparable a Neptuno y que, de confirmarse definitivamente su existencia, entraría por la puerta grande en el selecto club planetario del que la Tierra forma parte y del que, en 2006, fue expulsado el propio Plutón. En otras palabras, podría tratarse del famoso y escurridizo Planeta X, ese que los astrónomos persiguen desde hace más de un siglo y que la cultura popular ha terminado por convertir en leyenda.

Los autores del trabajo, un equipo de investigadores de Instituto de Tecnología de California, le han bautizado como «Planeta Nueve». Tiene entre cinco y diez veces la masa de la Tierra, gira alrededor del Sol una vez cada 15.000 años y, aunque aún no lo han observado directamente, Michael Brown y Konstantin Batygin han deducido su existencia a partir de las órbitas de toda una serie de planetas enanos y otros objetos extremos de nuestro Sistema descubiertos recientemente. Se sabe desde hace tiempo que las extrañas «maniobras orbitales» de estos pequeños mundos podrían explicarse gracias a la perturbación gravitatoria de un hipotético planeta gigante nunca visto hasta ahora. Brown y Batygin creen que el nuevo planeta pudo ser «expulsado» lejos del Sol y al espacio profundo hace miles de millones de años, como consecuencia de un «empujón gravitatorio» de Júpiter o Saturno.

Escepticismo

Los investigadores saben que su trabajo será sometido a toda clase de revisiones por astrónomos de todo el mundo. No es la primera vez, en efecto, que se anuncia el hallazgo del misterioso Planeta X, cuya búsqueda está plagada de errores, exageraciones e, incluso, pura y simple charlatanería. Por eso, Brown y Batygin se han preparado conta la inevitable ola de escepticismo con una larga serie de datos, análisis orbitales de otros objetos distantes y sesudas simulaciones informáticas. «Si dices que tienes evidencias del planeta X -afirma Brown- prácticamente cualquier astrónomo dirá: ´¿Otra vez? Estos chicos, claramente, están locos. ¿por qué esta vez debería ser diferente a las demás?´. Esta vez es diferente porque esta vez tenemos razón».

Los dos astrónomos dedujeron la presencia del«Planeta Nueve» por la singular agrupación de seis objetos previamente conocidos y cuyas órbitas se encuentran más allá de Neptuno. Según sus datos, solo hay un 0,007% de probabilidades (una entre 15.000) de que esa agrupación se deba a una simple coincidencia. Mucho más probable es que un planeta con la masa de diez tierras esté guiando a los seis objetos en sus extrañas y peculiares órbitas elípticas, muy inclinadas con respecto al plano del Sistema Solar.

Del mismo modo, también la órbita del nuevo planeta está inclinada, y también estirada hasta distancias tan grandes que obligarán a revisar algunas de las ideas más establecidas sobre la dinámica planetaria dentro de nuestro sistema.

Locura

La mayor aproximación del Planeta Nueve al Sol lo sitúa hasta siete veces más lejos que Neptuno, a 200 Unidades Astronómicas (UA) de distancia. (Una Unidad Astronómica es la distancia que hay entre la Tierra y el Sol, 150 millones de km). Pero en su periplo orbital, el recién descubierto Planeta X podría llegar a alejarse periódicamente del Sol entre 600 y 1.200 Unidades Astronómicas. Es decir, mucho más allá del cinturón de Kuiper, la región de los pequeños mundos helados más allá de Neptuno, que empieza a «solo» unas 30 UA.

Hace años, la investigación de Brown y Batygin no iba encaminada a descubrir un nuevo planeta, sino todo lo contrario, a demostrar que el Planeta Nueve no existía. Pero el trabajo de otros dos astrónomos, que descubrieron una inusual agrupación de pequeños mundos helados en una remota región del Sistema Solar, les hizo cambiar de idea. En 2014, además, un estudio publicado en Nature por Scott Sheppard Y Chad Trujillo, de la Institución Carnegie, apuntaba a la existencia potencial de un planeta gigante desconocido, uno cuya gravedad, precisamente, estuviera afectando a las órbitas de todos esos cuerpos más pequeños. Al principio Brown pensó que era una locura, y trató de demostrarlo con una serie de ecuaciones y simulaciones informáticas que, al final, terminaron por demostrar que la del planeta gigante oculto era la mejor de las explicaciones posibles.

Según sostienen Brown y Batygyn, si el Planeta X está ahí fuera, los astrónomos deberían encontrar muy pronto más objetos en «órbitas reveladoras», influenciadas por el gigante oculto. Aunque Brown sabe muy bien que nadie creerá de verdad en el descubrimiento hasta que el Planeta X, en todo su esplendor, sea detectado por fin con un telescopio. «Hasta que no haya una detección directa -afirma el astrónomo- estamos ante una hipótesis». El equipo de investigadores utilizará ahora sus cálculos para «cazar» al escurridizo planeta con uno de los grandes telescopios instalados en Hawai. Y no cabe duda de que, con los datos de su trabajo en la mano, muchos otros astrónomos intentarán hacer lo mismo.

Matar a Plutón

No es la primera vez que se publica sobre la existencia del planeta X, ya en varias ocasiones han sido reiterados los artículos y entrevistas relativas a éste posible descubrimiento. Hay que reconocer que son muchas las cosas que desconocemos incluso de nuestros lugares más cercanos.

De hecho, grandes telescopios de dos continentes están tratando ya de poner la vista encima al Planeta X, que sería, por tamaño, el quinto mayor del Sistema Solar, después de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Pero a tanta distancia, no se trata de una tarea sencilla, ya que el Planeta Nueve, o X, refleja tan poca luz solar que pone a prueba la capacidad de los mejores instrumentos de observación disponibles.

Resulta irónico que sea precisamente Michael Brown el descubridor del noveno planeta del Sistema Solar. De hecho, fue él quien, en 2005, descubrió Eris, un pequeño y distante mundo helado del mismo tamaño de Plutón y que demostró que el hasta entonces noveno planeta de nuestro sistema era más que uno entre muchos mundos similares del cinturón de Kuiper. Fue precisamente su descubrimiento el que provocó que, apenas un año más tarde, en 2006, la Unión Astronómica Internacional reclasificara a Plutón, privándole de su título planetario y degradándolo a planeta enano. El propio Brown contó este proceso en su libro «Cómo maté a Plutón». Unos años antes, en 2003, Brown también protagonizó el descubrimiento de Sedna, otro pequeño y lejano mundo, aunque menor que Eris y Plutón.

«Matar a Plutón fue divertido -afirma el investigador-. Y encontrar a Sedna fue científicamente interesante. Pero esto está una cabeza por encima de todo lo demás«.

Los cúmulos globulares aparecen como brillantes aglomeraciones de hasta un millón de estrellas antiguas, son uno de los objetos más antiguos del Universo. Si bien están presentes en gran cantidad alrededor y dentro de muchas galaxias, los ejemplares recién nacidos son extremadamente raros y las condiciones necesarias para su aparición no habían sido detectadas. Por eso precisamente, ha llamado la atención este hallazgo.

Usando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, un grupo de astrónomos descubrió lo que podría ser el primer cúmulo globular a punto de nacer que se conozca: una nube de gas molecular increíblemente masiva y densa pero aún sin estrellas.

“Podemos estar en presencia de uno de los más antiguos y extremos modos de formación estelar en el Universo”, dijo el astrónomo Kelsey Johnson, de la Universidad de Virginia en Charlottesville y autor principal de un artículo que será publicado en el Astrophysical Journal. “Este interesante objeto parece arrancado directamente del Universo temprano”, agrega Johnson, “descubrir un objeto que tiene todas las características de un cúmulo globular, pero que aún no haya comenzado a formar estrellas, es como encontrar un huevo de dinosaurio a punto de eclosionar”.

Este objeto, al que el astrónomo se refiere irónicamente como el Petardo, se encuentra a aproximadamente 50 millones de años luz, al interior de una famosa dupla de galaxias en colisión (NGC 4038 y NGC 4039) conocidas como las galaxias Antena. Las fuerzas gravitacionales generadas por el proceso de fusión entre ambas están desencadenando una cantidad colosal de formaciones estelares, gran parte de ellas al interior de densos cúmulos.

Pero lo que hace único al Petardo es su enorme masa concentrada en un espacio relativamente pequeño y sin la presencia de estrellas en él. Todos los cúmulos similares observados anteriormente por los astrónomos están repletos de estrellas. El calor y la radiación de esas estrellas han alterado considerablemente el ambiente circundante, borrando cualquier evidencia de sus fríos y tranquilos inicios.

Gracias a ALMA, los astrónomos pudieron encontrar y estudiar detalladamente un ejemplo prístino de un cúmulo en su estado original, antes que las estrellas cambien para siempre sus características únicas. Esto proporcionó a los astrónomos un primer vistazo de las condiciones que pueden haber llevado a la formación de muchos cúmulos globulares (si no todos).

Las galaxias Antena observadas en luz visible con el telescopio espacial Hubble (superior), extensas nubes de gas molecular (derecha). (Inferior) Primer cúmulo globular en formación que se haya identificado. (Foto: ALMA)