XVI. TRES ENIGMAS DE LA ASTRONOM�A CONTEMPOR�NEA

NO QUEREMOS terminar dejando al lector con la impresi�n de que el conocimiento astron�mico actual es como un edificio terminado. La ciencia en general, y la astronom�a en particular, son (o al menos parecen ser) una b�squeda interminable. Cada nuevo descubrimiento produce nuevas preguntas y problemas. Esto no quiere decir que vayamos hacia atr�s, porque cada vez el conocimiento acumulado es mayor, sino que la diversidad de la naturaleza es muy grande.

As�, la astronom�a ha enfrentado enigmas en todos los tiempos. Hace cientos de a�os los astr�nomos debat�an si el Sol giraba alrededor de la Tierra o la Tierra alrededor del Sol. Durante el siglo pasado comenz� a hacerse la espectroscopia de los objetos c�smicos. Estos estudios revelaban que algunas nebulosas ten�an rayas espectrales que no correspond�an a las que emiten los elementos qu�micos que conocemos en la Tierra. Se especul� que exist�an elementos como el nebulio y el coronio, que se producir�an solamente en otras regiones del Universo. El avance en nuestros conocimientos de f�sica at�mica aclar� la situaci�n. Las rayas espectrales provienen de los mismos �tomos que existen en la Tierra (y en todo el Universo), pero �stos tienen condiciones de excitaci�n muy especiales (bajas densidades y altas temperaturas) que no se pueden reproducir en los laboratorios terrestres. As�, el nebulio result� ser el familiar ox�geno y el coronio una forma altamente ionizada del hierro.

A principios de nuestro siglo parec�a no haber explicaci�n para las grandes cantidades de energ�a que producen las estrellas. �C�mo pod�an �stas persistir por miles de millones de a�os sin consumirse? Los mecanismos de combusti�n que se conoc�an entonces implicaban que el Sol deber�a de haberse apagado hace mucho y sin embargo estaba ah� brillando, ajeno a las conclusiones de los distinguidos cient�ficos de la �poca. La soluci�n s�lo se encontr� cuando se descubri� la enorme eficiencia de los procesos de energ�a nuclear. Las estrellas sacan su energ�a de la fusi�n termonuclear y no de la combusti�n cl�sica, que es muy poco eficiente.

Muchos de los problemas de �pocas anteriores se han resuelto, pero su lugar ha sido ocupado por otros. En este cap�tulo describiremos tres enigmas de la astrof�sica contempor�nea. La comunidad cient�fica mundial los deber� de resolver en las d�cadas venideras.

1) �C�mo se forman las estrellas?

El dogma central de la formaci�n estelar es que las estrellas se forman mediante la contracci�n gravitacional de nubes que existen en el medio interestelar. Existen muchas evidencias indirectas que favorecen este punto de vista. Por ejemplo, las estrellas j�venes est�n siempre embebidas o muy cerca de las nubes interestelares. Sin embargo, la demostraci�n definitiva de que la contracci�n gravitacional es el mecanismo que forma a las estrellas ser�a el observar a un fragmento de nube contray�ndose. Aun cuando se han realizado muchos experimentos encaminados a detectar esta etapa, todos han sido infructuosos. Siempre se observa expansi�n y no contracci�n en los alrededores de las estrellas j�venes. Esto ha llevado al astrof�sico Sovi�tico Viktor Ambartsumian a especular que las estrellas se originan, no de una contracci�n, sino de la expansi�n de embriones de materia superdensa que quedaron como remanentes de la Gran Explosi�n.

El punto de vista ortodoxo argumenta, justificadamente, que la etapa de contracci�n es muy dif�cil de detectar puesto que ocurre de una manera poco conspicua. Los fen�menos de expansi�n que se detectan frecuentemente corresponden a etapas posteriores, cuando la estrella ya est� formada. Los nuevos radiotelescopios para la observaci�n de ondas de radio milim�tricas que se han instalado en Jap�n y en Espa�a tienen la capacidad de detectar por primera vez la etapa de contracci�n gravitacional. Es pues muy probable que este "eslab�n perdido" de la evoluci�n estelar sea observado por primera vez en los pr�ximos a�os. �Pero qu� suceder� si no ocurre esta detecci�n? Tendremos que replantearnos todo el problema de la formaci�n estelar. Despu�s de todo, las especulaciones de Ambartsumian podr�an ser correctas.

2) �Cu�l es la fuente de energ�a de los n�cleos de las galaxias activas y los cuasares?

As� como a principios de nuestro siglo los astr�nomos no pod�an explicar c�mo se las arreglaban las estrellas para producir tanta energ�a, ahora enfrentamos un problema similar pero de mucha mayor magnitud. Los n�cleos 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 ah� residen un bill�n de estrellas porque los espectros de los n�cleos de las galaxias activas y los cuasares son muy diferentes a los de las estrellas. M�s a�n, las regiones involucradas son relativamente peque�as y ser�a imposible empacar ah� un bill�n de estrellas.

Ante estas dificultades se cree que es necesario pensar en una "m�quina" c�smica radicalmente distinta a las que conocemos (estrellas, explosiones de supernova, etc.). El modelo m�s 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 energ�a en cantidades copiosas antes de ser tragado. Sin embargo, a�n no se ha podido ratificar observacionalmente este modelo. Los hoyos negros se han propuesto para explicar una gran variedad de fen�menos porque son muy eficientes en transformar energ�a gravitacional en radiaci�n. 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. Tambi�n esperamos avances fundamentales en la soluci�n de este enigma antes del a�o 2000.

3) �Por qu� existe materia en el Universo?

La mayor�a de los astr�nomos est� de acuerdo en que el Universo tuvo su origen en la Gran Explosi�n. Cuando el Universo era extremadamente joven y caliente debi�, por argumentos de simetr�a, de haber igual cantidad de part�culas y antipart�culas. Si no tomamos en cuenta alg�n proceso de simetr�a, con el paso del tiempo la materia y la antimateria se hubieran aniquilado mutuamente y ahora s�lo habr�a radiaci�n y nada de materia (o de antimateria). Pero sabemos que el Universo es de materia. Se ha propuesto que durante aquellos momentos brev�simos existieron procesos asim�tricos que permitieron se estableciera un ligero desbalance en las cantidades de materia y antimateria (digamos que hab�a, por cada bill�n de antipart�culas, un bill�n un part�culas). Esto explicar�a que, concluida la aniquilaci�n, quedara algo de materia. Los procesos que causaron esta afortunada asimetr�a siguen actuando hoy, pero de una manera muy poco frecuente. De hecho, su extrapolaci�n a la actualidad lleva a una predicci�n perturbadora: el prot�n, uno de los bloques b�sicos de la materia, no debe existir infinitamente. Estas teor�as proponen que debe tener una vida media de 10³¹ a�os antes de desintegrarse en otras part�culas. Uno puede dise�ar un experimento para poner a prueba este concepto con dos acercamientos extremos: observar un prot�n por 10³¹ a�os u observar 10³¹ protones durante un a�o. 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 desintegraci�n del prot�n se comprueba tendremos una explicaci�n para la existencia de la materia en el Universo. Pero tambi�n tendremos que cambiar nuestros esquemas para el futuro del Universo, en los que se supone que el prot�n perdura infinitamente.