Exploración - Astrofísica

Así como el telescopio de Galileo renovó el entusiasmo por la observación astronómica a principios del siglo XVII la aparición del espectrómetro, dos siglos más tarde, generó una ciencia nueva que se concentró en la dinámica, las propiedades químicas y la evolución de los cuerpos celestes.

El estudio de la astrofísica, como se denominó esta ciencia, comenzó de forma modesta en Munich en 1814, cuando un físico y fabricante de telescopios llamado Joseph Von Fraunhofer hizo pasar la luz del Sol y las estrellas a través de un espectrómetro, que era básicamente un prisma que descomponía la luz en los colores del espectro. Observó que los espectros estaban atravesados por centenares de líneas oscuras. A pesar de que Fraunhofer se dio cuenta de la importancia de estas líneas, ni él ni ningún otro científico pudieron precisar su significado hasta cuarenta y cinco años después.

En 1859, el físico alemán Gustav Kirchhoff demostró que cada elemento químico producía un patrón lineal característico en el espectro Solar. Interpretó correctamente que las líneas brillantes correspondían a la emisión de luz por determinados elementos químicos y las líneas oscuras representaban la absorción de luz por esos mismos elementos. Esto quería decir que el análisis espectral podía revelar, por ejemplo, que el Sol contiene sodio.

En 1863 la espectroscopía había adelantado lo suficiente como para que el astrónomo inglés William Huggins publicara listas de líneas espectrales estelares. Confirmó asimismo que la Gran Nebulosa en Orión era gaseosa y detectó hidrógeno, que ya se había encontrado en el Sol, en el espectro de una nova; ésta fue la primera demostración de que todas las estrellas contienen hidrógeno. Huggins utilizó también la espectroscopía para determinar la velocidad y la dirección del movimiento de la estrella Sirius . Los avances en el campo de la fotografía permitieron dar un nuevo paso en la investigación astronómica. Hasta comienzos del 1800, las cámaras eran muy primitivas, pero hacia 1840 comenzaron a aparecer objetivos, espejos y mejores emulsiones para las películas. Las excelentes fotografías de la Luna provocaron el interés de los astrónomos por fotografiar el Sol, que se convirtió en una cuestión de rutina a partir de 1870.>

Pero por poderosas que fueran la espectroscopia y la fotografía, no podían ayudar a los astrónomos a calcular la distancia que los separaba de las estrellas. Sin embargo, los avances industriales que se produjeron a comienzos de 1800 posibilitaron la aparición de instrumentos y ópticas más precisos. El astrónomo alemán Friedrich Bessel fue el primero que aprovechó estos adelantos. En 1838, al calcular la ligera desviación de la estrella 61 Cygni con respecto a otras estrellas más distantes que tenía detrás (este efecto se denomina paralaje) estimó la distancia hasta esa estrella en 56 trillones de kilómetros, es decir, aproximadamente 6 años luz. Al cabo de dos años, utilizando también el efecto de paralaje, se determinó la distancia a otras dos estrellas: Alpha Centauri y Vega. En las décadas siguientes se calcularon muchas distancias más, y entonces los científicos se dieron cuenta de que el universo era mucho más grande de lo que creían. Sin embargo, nadie estaba preparado para lo inmenso que llegaría a ser.

En las primeras décadas del siglo XX se produjeron varios descubrimientos que afectarían profundamente la astrofísica. En 1905 dos astrónomos, el danés Ejnar Hertzprung y el estadounidense Henry Norris Russell, investigaron la relación entre el color y la temperatura de una estrella y su luminosidad. La obra de Russell sobre la evolución de las estrellas dio origen al concepto de gigantes rojas y enanas blancas. Los gráficos que muestran el color de una estrella con su luminosidad se conocen en la actualidad con el nombre de diagramas de Hertzprung-Russell, o HR.

En 1912, Henrietta Leavitt, del Observatorio Harvard, distinguió una relación entre el período de fluctuaciones de la luminosidad y la verdadera luminosidad de una clase de estrellas llamadas variables Cefeidas. Observó que las Cefeidas con ciclos lentos eran más luminosas que las que tenían ciclos rápidos. Aplicando la ley de período-luminosidad de Leavitt, Harlow Shapley calculó la distancia a las Cefeidas dentro de los cúmulos globulares. Sus resultados demostraron que la Vía Láctea era mucho más extensa de lo que se cría y que el Sol no estaba en su centro.

Pero se seguía debatiendo todavía la cuestión de las distancias hasta las “nebulosas espirales” y su naturaleza; la mayoría de los astrónomos creían que pertenecían a nuestra galaxia. Una serie de observaciones, iniciadas en 1912, demostraron que la mayoría de las nebulosas espirales se estaban alejando de nosotros. En 1924, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble, estudiando la gran nebulosa de Andrómeda (M31), no sólo consiguió distinguir estrellas dentro de la nebulosa sino que también determinó que algunas de ellas eran variables Cefeidas. A continuación calculó que la nebulosa se encontraba a casi un millón de años luz de distancia, lo cual resultó una subestimación considerable, aunque sirvió para colocarla, sin dudas,  fuera de los límites de nuestra galaxia.

Hubble empleó la espectroscopia para analizar la velocidad de las galaxias y comprobó que, cuanto más lejos se encontraba una galaxia, a mayor velocidad se alejaba y concluyó que la mejor explicación era que el universo crecía como un globo. A medida que pasa el tiempo aumenta el tamaño del universo, una posibilidad que ya había previsto Albert Einstein en 1917, en su Teoría General de la Relatividad.>

Los astrónomos comprendieron que, en un universo en expansión, debería ser posible determinar cómo y cuándo comenzó esta expansión. Según los primeros cálculos de Hubble, el Universo no tenía más de 2.000 millones de años, lo cual lo hacía más joven que la Tierra, teniendo en cuenta la antigüedad que atribuían a ésta los geólogos. Una vez corregidas las discrepancias en los cálculos de Hubble, se alcanzó una cifra de 6.000 millones de años, que resultaba más realista desde el punto de vista geológico.

En la actualidad, los astrónomos opinan que es probable que el Universo se originara hace  10 o 15 mil millones de años, con una explosión inmensa de materia y energía conocida como el Big Bang. A partir de entonces, la expansión del espacio ha ido alejando a las galaxias entre sí, de acuerdo con la ley de la expansión de Hubble.