"Creo que el ser humano, debido a su condición, debe tener la responsabilidad de intentar entender el universo en el que vive", afirma Carlos Hernández, investigador del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (Cefca) en Teruel al referirse al proyecto sobre Cosmología que lidera en esta institución científica. El proyecto acaba de recibir una subvención a la actividad investigadora de los grupos de investigación reconocidos por el Gobierno de Aragón, que se suma a las aportaciones económicas que recibe de otras instituciones.
Se trata de un proyecto para hacer cosmología de precisión con los telescopios del Observatorio Astrofísico de Javalambre. El trabajo se está realizando con datos tomados desde el Pico del Buitre, cuyo observatorio opera desde finales del año pasado con el telescopio pequeño, el T80, encargado de realizar un cartografiado del cosmos denominado J-PLUS, y para el que se están empleando varios filtros.
A partir del próximo año, cuando se termine de ajustar la cámara criogénica del telescopio grande T250, que por sus caraterísticas es único en el mundo, se empezará a hacer también un cartografiado multifiltros denominado J-PAS con este instrumento de precisión.
El proyecto acaba de recibir una subvención de 8.250 euros concedida por el Ejecutivo aragonés y cofinanciada por el Programa Operativo Feder Aragón 2014-2020. Esta investigación científica, denominada "Cosmología de precisión con los cartografiados multifiltros J-PLUS y J-PAS desde el OAJ", forma parte de un proyecto del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Mineco) que cuenta con una aportación de 135.000 euros y que lidera como investigador principal Carlos Hernández Monteagudo.
Mediante este proyecto se pretende realizar un mapa tridimensional del universo observando el cielo en muchos "colores", precisa el astrofísico, quien esplica que la cosmología "estudia el universo como un todo, sus diferentes componentes (la radiación, la materia, o cualquier otra forma de energía presente), la interacción entre estas, y su evolución, de forma que se pueda entender cómo ha surgido el universo que vemos hoy"
A través del OAJ se va a observar la luz que emiten las galaxias y que nos llega a nosotros a través de "esos colores diferentes" por el uso de filtros, comenta el científico, de forma que se pueda conocer de manera bastante precisa la distancia a la que se encuentran centenares de millones de galaxias. "Construiremos así un cartografiado muy preciso del universo visible desde Javalambre, que incluirá galaxias relativamente poco brillantes", detalla el astrofisico.
Ese gran volumen de datos aportará información sobre "cómo la gravedad ha dado forma a las estructuras -tanto de galaxias como de grupos de galaxias- que vemos hoy, cómo se ha expandido el universo en el pasado, cómo ha actuado esa misteriosa forma de energía repulsiva que causa la aceleración del universo -conocida como "energía oscura"-. También nos permitirá identificar cuántas estructura masivas se han formado a diferentes edades del universo, o cómo la distribución de masa en el universo curva la luz de galaxias muy lejanas".
Todos estos efectos, comenta Hernández, "contienen información muy valiosa sobre el contenido del universo, y sobre la física fundamental que describe la evolución e interacción de todo lo que nos rodea", y en su estudio consiste el proyecto que acaba de recibir la subvención del Ejecutivo aragonés cofinanciada por el Programa Operativo Feder.
Aunque se trata a priori de ciencia pura y no aplicada, si bien a largo plazo los desarrollos que se realizan siempre conllevan aplicaciones que revierten a la sociedad, su interés es más que evidente porque supone dar respuestas a las preguntas que todo el mundo se hace sobre nuestro lugar en el cosmos.
"En mi opinión el ser humano es una pieza hermosa y sorprendente en este puzzle, donde de un universo inicialmente simple y aburrido, compuesto esencialmente de nubes de gas de hidrógeno y helio, se ha llegado a un nivel de riqueza y complejidad que ha dado lugar a seres inteligentes, capaces de adquirir conciencia de sí mismos y de lo que les rodea, de hacerse preguntas sobre la naturaleza que les rodea, y de buscar las respuestas pertinentes", argumenta Hernández, de ahí su convencimiento de que los humanos tienen la responsabilidad ineludible de "intentar entender" no ya solo el mundo sino el universo en el que viven.
La Cosmología busca desentrañar cómo se formó el universo y su historia, tratando de remontarse para ello a hace 13.800 millones de ellos, que es cuando se produjo la gran explosión, el Big Bang, que dio lugar a la formación de las galaxias, en una de las cuales surgió el planeta en el que hoy vivimos, la Tierra, hace algo más de 4.000 millones de años.
¿Cómo se puede retroceder en el tiempo para descifrar esos enigmas y comprender todos estos procesos que han construido nuestro mundo y el universo en el que se encuentra? A esa pregunta el investigador del Cefca responde explicando que "el universo no es un laboratorio donde podamos repetir experimentos, por lo que todo lo que podemos hacer es observar más y más profundo, y en cada vez más colores o longitudes de onda".
En definitiva, al final de lo que se trata es de "mirar a objetos distantes, cuya luz nos llega hoy pero que fue emitida cuando el universo era más joven. Es así como construimos nuestra visión de la historia del universo. Convertimos así el universo en nuestro laboratorio, donde sencillamente vemos cómo actúa la naturaleza, cómo son sus leyes físicas que rigen su evolución".
Y eso es accesible al ser humano porque nosotros estamos hechos también de la misma materia de la que está hecha el universo. "Al querer mirar más en detalle, y en rangos de color o longitud de onda diferentes, en unas ocasiones tenemos que construir telescopios más grandes, en otras tenemos que salir al espacio para evitar la interferencia de la atmósfera terrestre, y en otros casos tenemos incluso que situar satélites en un punto lejano y oscurecido por la sombra de la Tierra proyectada por el Sol, para poder explorar así en detalle el universo profundo", puntualiza.
Cuesta hacer un ejercicio de abstracción para comprender la evolución y la propia formación del cosmos. Hernández admite que "no es fácil contar esto de forma intuitiva", para aclarar seguidamente que durante el siglo XX "se consiguió entender la física de las reacciones nucleares que tienen lugar dentro de las estrellas, aparte de otros procesos que tienen lugar en ellas", algo que fue vital para empezar a comprender el cosmos del que formamos parte.
"Se pudo averiguar así la edad de las estrellas a partir de la luz que emiten, y mirando en nuestra galaxia se vio que había un límite máximo en la edad de las estrellas próximo a los 14.000 millones de años", afirma el científico, quien se refiere también a la importancia que ha tenido para la astrofísica poder medir la radiación del fondo cósmico de microondas.
Fondo cósmico
Hernández explica que se trata de "una radiación que inunda todo el universo y que se sabe que fue emitida cuando el universo era muy joven. Estudiando los detalles de esta radiación, podemos saber la distancia al punto donde fue emitida, y como sabemos la velocidad de propagación de la luz, podemos inferir el tiempo que ha tardado en llegar a nosotros. Esa es la medida más precisa que tenemos a día de hoy de la edad del universo". Una edad que convierte "nuestra vida en un instante, un suspiro" en la existencia del cosmos.
Para imaginar cómo era ese universo primigenio basta con mirar hacia atrás en el tiempo puesto que el cosmos se encuentra en constante expansión, sostiene el astrofísico del Cefca, quien comenta que en sus inicios "el universo sería cada vez más denso, las galaxias estarían cada vez más cerca unas de otras".
Y si se pudiera viajar a un momento más temprano todavía, nos encontraríamos, según el científico, con "un universo en el que toda la materia estaría en un volumen muy pequeño, sería pues un medio muy denso y caliente, y no habría lugar para espacios huecos y vacíos que vemos en el universo de hoy".
Hernández viaja todavía más hacia atrás en el tiempo para explicar que "en épocas todavía más tempranas, los átomos se romperían en sus componentes fundamentales -protones, neutrones y electrones-, y antes aún serían los protones y neutrones los que se romperían en sus propios componentes fundamentales".
La capacidad de comprensión y de intentar visualizar estos fenómenos se diluye cuando se quiere retroceder más y más en el tiempo hasta aproximarse a los orígenes del universo. En ese momento nos toparíamos, afirma Hernández, "con unos niveles de energía en el universo que no podemos reproducir en nuestros aceleradores de partículas, y sobre los cuales nuestro conocimiento de la física no puede todavía asegurar nada". Estaríamos acercándonos al momento de la gran explosión conocida como Big Bang que dio lugar al cosmos.
Intentar visibilizar con rigor lo que pasó justo después del Big Bang tampoco es posible con la física que conocemos. El astrónomo del Cefca asegura que aunque se han hecho una gran cantidad de trabajos teóricos sobre ello, "conseguir pruebas observacionales que restrinjan la naturaleza del universo en esos instantes iniciales es muy complicado, y aun así se está invirtiendo un gran esfuerzo en explorar esa época".
Propagación de la luz
"En un medio tan denso y caliente la luz no puede propagarse en línea recta, pues choca con las partículas del medio. Solo cuando han transcurrido unos 400.000 años desde la gran explosión, el universo se ha enfriado lo suficiente para que los electrones se combinen con los protones para formar átomos de hidrógeno: en ese momento la luz comienza a viajar libremente", comenta el astrofísico, y es hasta ese momento al que podemos acercarnos hoy día.
"Esa es la radiación de fondo cósmico, y empieza a propagarse libremente tras la llamada época de recombinación cosmológica. La radiación de fondo cósmico viaja desde entonces libremente hasta llegar a nosotros, cruzando por tanto todo el universo visible. Estudiando en detalle esta radiación nos aporta información de no solo cómo era el universo cuando esta radiación se liberó, sino también cómo es el universo a través del cual ha viajado, pues en su trayecto hacia nosotros la radiación de fondo se ve distorsionada por diferentes fenómenos físicos. Esta radiación es pues una herramienta cosmológica enormemente poderosa". afirma.
Conocer cómo era el cosmos en lo que se conoce como la "edad oscura" del universo es igualmente complejo. Se llama así al periodo comprendido entre lo que los cosmólogos denominan la "recombinación cosmológica" y la formación de las primeras estrellas. Durante ese tiempo "el universo no es mucho más que nubes de hidrógeno y helio neutro, donde todavía no existen estrellas", comenta el científico.
El astrofísico asegura que no se conoce en detalle cómo fueron las primeras estrellas y las primeras galaxias en un tiempo que califica de "terra incógnita", aunque espera que ese conocimiento sea accesible a la humanidad próximamente.
"En épocas más cercanas, todavía no tenemos un conocimiento cualitativo ni cuantitativo sobre cómo se forman las galaxias, cómo se forman los agujeros negros super-masivos en ellas, o cómo aquellas desarrollan la variedad de poblaciones estelares que vemos" comenta el investigador, quien reconoce que todavía queda mucho por entender.
Transparencia y calidad
Y para entender todos estos fenómenos son necesarios proyectos como el que se está poniendo en marcha en el Pico del Buitre de Javalambre con el Observatorio Astrofísico, un lugar privilegiado para las observaciones nocturnas del cosmos porque cuando está despejado el cielo en esta parte de la provincia, se convierte en uno de los "más transparentes y de más alta calidad que se han medido".
Si esto se combina con la cámara del telescopio grande, la JPCam, que es única en el mundo "por la cantidad de colores a la que es sensible y por el tamaño del campo de visión que cubre, obtenemos una poderosa herramienta para hacer cartografiados del universo".
Ese es el nicho particular que a día de hoy ocupan el Observatorio de Javalambre y el Cefca dentro de la astronomía mundial, que sitúan a Teruel en el punto de mira de la comunidad científica internacional para dar respuesta a ese anhelo y curiosidad del ser humano, que compartimos todos, de saber de dónde venimos, dónde estamos y hacia dónde vamos.
Equipo internacional
El equipo de Cosmología que lidera Carlos Hernández en el Cefca es joven, dinámico e internacional. Entre sus miembros se encuentra el doctor Raúl Angulo, coinvestigador principal del proyecto, que este año atrajo con su trabajo innovador hacia este centro de investigación 1,6 millones de euros de la Unión Europea. También están los doctores Silvia Bonoli y Álvaro Orsi, así como los postdocs Natascha Greisel y Guillaume Hurier y los estudiantes de doctorado Jonás Chaves-Moreno y Siddhartha Gurung, junto con un equipo de ingenieros y personal administrativo.
Romper con la creencia de que somos una isla en la inmensidad del firmamento
Nada tiene que ver la astronomía moderna con la de hace apenas un siglo al haber cambiado por completo la concepción que teníamos del cosmos, algo que se sabe gracias a la Cosmología. "Digamos que la cosmología moderna nació a primeros del siglo XX, en un debate en el que se discutía si todo el universo existente consistía en las estrellas que pululaban en nuestra galaxia, en nuestro universo isla, o si había estructura más allá", comenta el astrofísico Carlos Hernández, que lidera el proyecto de Cosmología del Cefca.
"Aparte de las estrellas, se sabía que existían ciertas nebulosas, objetos difusos, cuya situación o distancia con respecto a las estrellas generó el debate: si esas nebulosas pertenecían a nuestra galaxia, entonces todo el universo estaba restringido a las estrellas que veíamos más esas nebulosas en un volumen acotado. En caso contrario, esas nebulosas serían en realidad otros universos isla, parecidos a nuestra galaxia, pero a distancias mucho mayores. Las observaciones corroboraron la segunda hipótesis: el universo está compuesto de miles de millones de galaxias, cada una de ellas con miles de millones de estrellas", concluye Hernández en un tiempo en el que se habla ya del concepto multiverso, varios universos.
Una Tierra finita en un universo que no parece tener caducidad
Para comprender el cosmos hay que partir de la idea de que la presencia humana en el mismo es apenas un suspiro en la edad del universo, que no parece tener fecha de caducidad, a diferencia de lo que le ocurre a nuestro planeta la Tierra, que en el mejor de los casos dejará de existir dentro de 5.000 millones de años cuando el sol se convierta en una gigante roja. La Cosmología ayuda a entender estos fenómenos, según explica Carlos Hernández.
"A priori el universo no tiene caducidad como lo tiene el sol. El Sol consumirá el combustible de las reacciones nucleares que alberga, y por eso se apagará. En cambio, el universo se expandirá, cada vez más deprisa, volviéndose cada vez más hueco. Las estrellas en las galaxias acabarán consumiendo su combustible en el futuro, por lo que es posible prever un universo hueco y oscuro. Esto ocurrirá en miles de millones de años", comenta el científico.
Autor: F.J.M. Teruel