V. En directo desde el Big Bang…

Según la teoría del Big Bang, el Universo surgió hace 13700 millones de años y con él, las primeras partículas de materia, visible o invisible. Al igual que el fondo cósmico de microondas, algunas de esas partículas perduran en nuestros días. Son testigos de la historia de nuestro Universo y nos permiten regresar en el tiempo hasta aquellos primeros instantes.

El Universo está inmerso en un baño de radiación de microondas a 2.7 Kelvin, el fondo cósmico de microondas (también conocido como CMB, del inglés Cosmic Microwave Background). Éste es un eco de la primera luz emitida por el Universo cuando éste tenía 380000 años. En ese momento, el plasma primordial en el que los fotones estaban confinados se enfrió lo suficiente para permitirles viajar hasta nosotros. Tras los satélites COBE y WMAP, la sonda Planck mide con extrema precisión las pequeñísimas fluctuaciones de temperatura de este Universo joven, que son los embriones de los primeros cúmulos de galaxias. Sin embargo, para trazar la historia completa del Universo, necesitamos observar tiempos aún más lejanos. Neutrinos u ondas gravitacionales permitirían acercarnos todavía más al comienzo del Universo. Su detección puede suponer un auténtico hito científico.

Imagen: «El fondo cósmico de microondas» de WMAP/NASA encontrada en los Wikimedia Commons.

IV. Más respuestas

Hoy en día, físicos y astrónomos ya no están solos para acumular incansablemente medidas que permitan predecir mejor la naturaleza, o esperar noches enteras para observar un fenómeno celeste. Telescopios, satélites y detectores ultrasensibles les permiten observar objetos invisibles o atrapar partículas esquivas con energías que en ocasiones, es imposible reproducir en la Tierra.

Para confirmar y desarrollar nuestras teorías, necesitamos realizar experimentos centrados en fenómenos poco probables, o en la detección de partículas muy difíciles de observar, como neutrinos. Rayos cósmicos de muy alta energía, cuyo origen es todavía incierto, a partículas exóticas, desde ondas gravitacionales a rayos gamma, todos estos nuevos mensajeros cósmicos son fuentes de información valiosísima clave para entender la naturaleza del mundo que nos rodea. Nos ayudan a entender la estructura del Universo a gran escala, y el funcionamiento de la materia a las más pequeñas escalas. La Física de Astropartículas es la Ciencia de los dos infinitos, lo infinitamente grande y lo infinitamente pequeño.

Imagen: «Un agujero negro supermasivo acelerando partículas» de PBS.org

III. Nuevos mensajeros

A comienzos del siglo XX Víctor Hess descubre la existencia de rayos cósmicos que ionizan la atmósfera. No se trata sólo de luz, sino de fracciones de materia, partículas procedentes del espacio: protones y otros núcleos atómicos, electrones… que cruzan el Cosmos y bombardean la Tierra ofreciendo una nueva fuente de información sobre el Universo.

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Los rayos gamma son las últimas fracciones de luz en el espectro electromagnético, los más energéticos. Su emisión se vincula normalmente a fenómenos violentos: supernovas, púlsares, núcleos galácticos activos (en la imagen mapa del telescopio espacial Fermi correspondiente a 2008). La emisión difusa a lo largo del plano galáctico procede de la interacción de partículas muy energéticas con la materia interestelar de nuestra galaxia. La atmósfera frena la mayoría de los rayos gamma. No obstante, los más energéticos interaccionan con la parte superior produciendo lluvias de partículas que en ocasiones tienen velocidades superiores a la de la luz en el aire. Esto provoca la emisión de una luz azulada (luz Cherenkov) que puede ser detectada en la superficie terrestre por observatorios especiales como el Telescopio MAGIC, en las Islas Canarias o H.E.S.S. en Namibia.

Imágenes: «El telescopio MAGIC» de su página web oficial; «Visión Gamma del universo» de la NASA y su telescopio Fermi.

II. Más allá de la luz

Hasta finales del siglo XVIII, lo que conocíamos del Universo se limitaba a aquello que éramos capaces de ver. William Herschel abrió un nuevo camino al descubrir por primera vez una radiación invisible al ojo humano, el infrarrojo. Seguirían el descubrimiento del ultravioleta, los rayos-X, las ondas de radio, etc. revelando nuevas e insospechadas imágenes del Universo.

Observada desde dos millones de años luz de distancia, M82 se muestra como una típica galaxia espiral irregular. Los satélites espaciales Spitzer y Chandra revelan una imagen muy diferente: en el infrarrojo, es la galaxia más luminosa del firmamento inmersa en una nube de gas frío y polvo (aquí en rojo). La observación en rayos-X también revela una enorme emisión a millones de grados emergiendo del centro galáctico (aquí en azul). Hace cien millones de años la galaxia M81 pasó rozando. Este encuentro celeste provocó el nacimiento de numerosas estrellas masivas que evolucionaron hacia supernovas. De esta forma, grandes cantidades de materia estelar joven son emitidas por la galaxia a millones de kilómetros por hora.

Imágenes: «La galaxia M82», Hubble Space Telescope y Jet Propulsion Laboratory, NASA Images.

I. Del cielo al espacio

Durante miles de años, la Humanidad ha observado y medido, admirado y temido la bóveda celeste cuyo inmutable conjunto de estrellas marcaba su vida. Imaginar que la Tierra y esas estrellas se mueven de hecho en el mismo espacio casi infinito, no ha sido fácil. Fue necesario abandonar la «evidencia» de que nuestro planeta estaba en el centro de una esfera de estrellas fijas.

Desde la antigua Babilonia, la Humanidad observa un firmamento en el que las estrellas parecen moverse alrededor de la Tierra. Según las antiguas creencias, el cielo es una cúpula en la que miles de estrellas visibles están incrustadas, y la Vía Láctea el rastro dejado por las almas en su camino hacia el cielo, o la leche materna dispersada por Hera y que amamantaba a Hércules. Esta visión geocéntrica del mundo se resquebraja en 1543 gracias a Copérnico, y se desmorona definitivamente cuando Galileo Galilei usa por primera vez un telescopio para observar el firmamento. Las manchas solares o las montañas lunares ponen en tela de juicio el modelo de esferas perfectas. El uso de telescopios cada vez más potentes va a poblar el Universo de nuevos cuerpos celestes como las galaxias, cuya verdadera naturaleza no será comprendida hasta la década de 1920.

Imagen: «La vía láctea, hogar de tantos planetas«, Jet Propulsion Laboratory, NASA Images.

Especial sobre astropartículas y astronomía

Como sabréis, este año se celebra el Año Internacional de la Astronomía, conmemorando la primera vez que Galileo se puso a mirar y estudiar el espacio con un telescopio. En Julio ya tuvimos un especial del aniversario de la llegada a la Luna y, ahora, vamos a ofreceros unos pequeños textos sobre astronomía y la apasionante física de astropartículas.

Como sabéis, hace poco estuve involucrado en un proyecto (la «Semana de las astropartículas») sobre el tema y, aunque no lo comenté, dicho proyecto engloba también esta serie de artículos. Están escritos por varios físicos de distintos países pertenecientes a la red europea de astropartículas. Fueron expuestos a modo de póster en el stand de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza en el Pabellón de la Ciencia durante las fiestas del Pilar y ahora llegan a todos los rincones del mundo gracias a internet.

Gracias a Carlos Pobes, cabeza pensante de muchas de las ideas de la Semana y quien creó casi todo el guión de «La Magia de las Astropartículas» y a Marisa Sarsa y Clara Cuesta, todos investigadores en el Laboratorio de Física Nuclear y Altas Energías, por su trabajo y por estar dispuestos a colaborar con los Electrones cediéndonos los textos de los pósters.

Dentro de poco y, en pequeñas dosis, iremos subiendo los artículos a la red para que los disfrutéis.

Un abrazo

Enlaces: Aspera | Astroparticle.org