XVI. TRES ENIGMAS DE LA ASTRONOMÍA CONTEMPORÁNEA

NO QUEREMOS terminar dejando al lector con la impresión de que el conocimiento astronómico actual es como un edificio terminado. La ciencia en general, y la astronomía en particular, son (o al menos parecen ser) una búsqueda interminable. Cada nuevo descubrimiento produce nuevas preguntas y problemas. Esto no quiere decir que vayamos hacia atrás, porque cada vez el conocimiento acumulado es mayor, sino que la diversidad de la naturaleza es muy grande.

Así, la astronomía ha enfrentado enigmas en todos los tiempos. Hace cientos de años los astrónomos debatían si el Sol giraba alrededor de la Tierra o la Tierra alrededor del Sol. Durante el siglo pasado comenzó a hacerse la espectroscopia de los objetos cósmicos. Estos estudios revelaban que algunas nebulosas tenían rayas espectrales que no correspondían a las que emiten los elementos químicos que conocemos en la Tierra. Se especuló que existían elementos como el nebulio y el coronio, que se producirían solamente en otras regiones del Universo. El avance en nuestros conocimientos de física atómica aclaró la situación. Las rayas espectrales provienen de los mismos átomos que existen en la Tierra (y en todo el Universo), pero éstos tienen condiciones de excitación muy especiales (bajas densidades y altas temperaturas) que no se pueden reproducir en los laboratorios terrestres. Así, el nebulio resultó ser el familiar oxígeno y el coronio una forma altamente ionizada del hierro.

A principios de nuestro siglo parecía no haber explicación para las grandes cantidades de energía que producen las estrellas. ¿Cómo podían éstas persistir por miles de millones de años sin consumirse? Los mecanismos de combustión que se conocían entonces implicaban que el Sol debería de haberse apagado hace mucho y sin embargo estaba ahí brillando, ajeno a las conclusiones de los distinguidos científicos de la época. La solución sólo se encontró cuando se descubrió la enorme eficiencia de los procesos de energía nuclear. Las estrellas sacan su energía de la fusión termonuclear y no de la combustión clásica, que es muy poco eficiente.

Muchos de los problemas de épocas anteriores se han resuelto, pero su lugar ha sido ocupado por otros. En este capítulo describiremos tres enigmas de la astrofísica contemporánea. La comunidad científica mundial los deberá de resolver en las décadas venideras.

1) ¿Cómo se forman las estrellas?

El dogma central de la formación estelar es que las estrellas se forman mediante la contracción gravitacional de nubes que existen en el medio interestelar. Existen muchas evidencias indirectas que favorecen este punto de vista. Por ejemplo, las estrellas jóvenes están siempre embebidas o muy cerca de las nubes interestelares. Sin embargo, la demostración definitiva de que la contracción gravitacional es el mecanismo que forma a las estrellas sería el observar a un fragmento de nube contrayéndose. Aun cuando se han realizado muchos experimentos encaminados a detectar esta etapa, todos han sido infructuosos. Siempre se observa expansión y no contracción en los alrededores de las estrellas jóvenes. Esto ha llevado al astrofísico Soviético Viktor Ambartsumian a especular que las estrellas se originan, no de una contracción, sino de la expansión de embriones de materia superdensa que quedaron como remanentes de la Gran Explosión.

El punto de vista ortodoxo argumenta, justificadamente, que la etapa de contracción es muy difícil de detectar puesto que ocurre de una manera poco conspicua. Los fenómenos de expansión que se detectan frecuentemente corresponden a etapas posteriores, cuando la estrella ya está formada. Los nuevos radiotelescopios para la observación de ondas de radio milimétricas que se han instalado en Japón y en España tienen la capacidad de detectar por primera vez la etapa de contracción gravitacional. Es pues muy probable que este "eslabón perdido" de la evolución estelar sea observado por primera vez en los próximos años. ¿Pero qué sucederá si no ocurre esta detección? Tendremos que replantearnos todo el problema de la formación estelar. Después de todo, las especulaciones de Ambartsumian podrían ser correctas.

2) ¿Cuál es la fuente de energía de los núcleos de las galaxias activas y los cuasares?

Así como a principios de nuestro siglo los astrónomos no podían explicar cómo se las arreglaban las estrellas para producir tanta energía, ahora enfrentamos un problema similar pero de mucha mayor magnitud. Los núcleos de algunas galaxias (llamadas activas) y los cuasares generan potencias extraordinarias, llegando en ciertos casos a billones de veces las que genera el Sol. El problema no puede explicarse proponiendo simplemente que ahí residen un billón de estrellas porque los espectros de los núcleos de las galaxias activas y los cuasares son muy diferentes a los de las estrellas. Más aún, las regiones involucradas son relativamente pequeñas y sería imposible empacar ahí un billón de estrellas.

Ante estas dificultades se cree que es necesario pensar en una "máquina" cósmica radicalmente distinta a las que conocemos (estrellas, explosiones de supernova, etc.). El modelo más favorecido involucra a un hoyo negro muy masivo (con cientos de millones de masas solares) a cuyo alrededor gira un disco de gas. Al rotar alrededor del hoyo negro, el gas se calienta a muy altas temperaturas y emite energía en cantidades copiosas antes de ser tragado. Sin embargo, aún no se ha podido ratificar observacionalmente este modelo. Los hoyos negros se han propuesto para explicar una gran variedad de fenómenos porque son muy eficientes en transformar energía gravitacional en radiación. Pero aun su existencia es especulativa. Los nuevos telescopios incluyen siempre en sus programas experimentos que buscan ahondar en el problema de la existencia de los hoyos negros. También esperamos avances fundamentales en la solución de este enigma antes del año 2000.

3) ¿Por qué existe materia en el Universo?

La mayoría de los astrónomos está de acuerdo en que el Universo tuvo su origen en la Gran Explosión. Cuando el Universo era extremadamente joven y caliente debió, por argumentos de simetría, de haber igual cantidad de partículas y antipartículas. Si no tomamos en cuenta algún proceso de simetría, con el paso del tiempo la materia y la antimateria se hubieran aniquilado mutuamente y ahora sólo habría radiación y nada de materia (o de antimateria). Pero sabemos que el Universo es de materia. Se ha propuesto que durante aquellos momentos brevísimos existieron procesos asimétricos que permitieron se estableciera un ligero desbalance en las cantidades de materia y antimateria (digamos que había, por cada billón de antipartículas, un billón un partículas). Esto explicaría que, concluida la aniquilación, quedara algo de materia. Los procesos que causaron esta afortunada asimetría siguen actuando hoy, pero de una manera muy poco frecuente. De hecho, su extrapolación a la actualidad lleva a una predicción perturbadora: el protón, uno de los bloques básicos de la materia, no debe existir infinitamente. Estas teorías proponen que debe tener una vida media de 10³¹ años antes de desintegrarse en otras partículas. Uno puede diseñar un experimento para poner a prueba este concepto con dos acercamientos extremos: observar un protón por 10³¹ años u observar 10³¹ protones durante un año. Obviamente, es el segundo enfoque el que se ha seguido y varios grupos monitorean con detectores especiales grandes masas de agua, hierro y otros materiales. Existe gran controversia sobre los resultados preliminares, con algunos grupos reportando que algunos protones se han desintegrado y otros diciendo que no. Si la desintegración del protón se comprueba tendremos una explicación para la existencia de la materia en el Universo. Pero también tendremos que cambiar nuestros esquemas para el futuro del Universo, en los que se supone que el protón perdura infinitamente.