jueves, agosto 11, 2011

Descubriendo nuevos universos. La galaxia Andrómeda (I)

Descubriendo nuevos universos. La galaxia Andrómeda (I)





La idea que tenía el hombre acerca del tamaño del universo había evolucionado enormemente en 2000 años. Según lo que hemos tratado en esta serie, podemos resumir: Hacia el año 150 AEC, ya se había definido de un modo preciso el sistema Tierra-Luna. A pesar de que se pensaba que la distancia a nuestro satélite era de unos cientos de kilómetros, las mediciones mostraron una separación de, aproximadamente, un tercio de millón de kilómetros. Posteriormente, hacia 1700, se había logrado ya fijar la escala del sistema solar con bastante precisión. No hablamos, con eso, de millones de kilómetros sino de miles de millones. Sin embargo la distancia a las estrellas más cercanas aún seguía siendo un enigma, aunque se suponía que oscilaba alrededor de los billones[1] de kilómetros como mínimo.
La solución al problema llegaría hacia 1850, comprobando que esa distancia no era sólo de billones de kilómetros, sino de decenas y cientos de billones. Entonces nos dimos cuenta de que nos encontrábamos en un sistema de estrellas organizadas en una especie de plato del cual su diámetro era desconocido, pero que debería oscilar en los miles de años-luz. El problema persistió hasta 1920, cuando descubrimos de que su diámetro no estaba en los miles de años-luz, sino más bien en muchas decenas de miles de años-luz.
En cada nueva ocasión, con cada nuevo descubrimiento, la medición de las dimensiones de regiones del Universo resultaba superior a las estimaciones más optimistas. La Tierra resultó ser ínfima en relación al Sistema Solar. Éste, a su vez, quedó humillado por el tamaño del sistema que componían las estrellas más cercanas. Pero tal sistema fue ínfimo con respecto al tamaño total de la galaxia. ¿Sería el sistema Galaxia-Nubes de Magallanes el fin definitivo? Al parecer, en 1920, parecía muy posible que la Galaxia y las nubes de Magallanes constituyeran toda la materia que existía en el universo; más allá, por lo que se sabía, no había nada. Esta vez había argumentos teóricos muy fuertes. Recordemos que la paradoja de Olbers parecía implicar la existencia de un Universo finito, lo cual estaba apoyado por el hecho de que las estrellas estaban confinadas dentro de una galaxia finita. La existencia de otros sistemas estelares más allá de nuestra galaxia plantearía a los astrónomos un problema irresoluble.
¡Y los encontramos! Vamos al artículo entonces.


La nebulosa de Andrómeda vista por un telescopio aficionado
Hemos visto que existían objetos que a principios del siglo XX impulsaron la investigación astronómica. Eran los listados en la lista de Messier. Objetos borrosos en la bóveda celeste que fueron estudiados luego de que Messier los listara. Unos resultaron ser cúmulos de cientos de miles de estrellas mientras otros, nubes de gas con estrellas en su interior. El trigésimo primer objeto de su lista, el M31, situado en la constelación Andrómeda, que pronto se reconoció como una nebulosa, con el tiempo revolucionaría la visión del Universo que se tenía hasta ese entonces.
La nebulosa de Andrómeda, como se llamó, es observable a simple vista como un objeto débil de brillo de cuarta magnitud. Los astrónomos árabes la habían registrado ya en sus cartas celestes. De acuerdo a su apariencia, no había razón para pensar que tal nebulosa fuese diferente a las demás. En el telescopio, la nebulosa de Andrómeda se observaba como una nube luminosa y nada más. La principal curiosidad del objeto era su forma de lente y no tan dispersa como otras nebulosas.

Representación artística de un disco planetario (Fuente:ESO)
La importancia de la nebulosa de Andrómeda radicaba en el papel que le asignaron algunos pensadores del siglo XVII. Ellos llegaron a teorizar en torno a la naturaleza de las nebulosas. Como lo muestra Pedro en El Tamiz, la existencia de nubes de gas con forma de lente, como la de Andrómeda, era prueba de la teoría hasta entonces más aceptada de formación de sistemas solares. Esta teoría postulaba que los sistemas planetarios surgían de estas grandes nubes de gases en rotación. Por efectos gravitatorios, estas nebulosas empezarían un proceso de contracción y condensación; como consecuencia de ello, la velocidad de rotación aumentaría y debido a la aceleración centrífuga, la nube tomaría una forma plana. Conforme a la contracción aumente aparecerán especies de anillos que se condensarían en cuerpos planetarios, y lo restante sería una enorme estrella incandescente situada en el centro del sistema. Esto explicaba por qué los planetas ocupan el mismo plano y giran en el mismo sentido. Este efecto también era observado en los satélites de los planetas, lo cual sugería que la condensación de ellos habría sido similar a la condensación del sistema solar. La nebulosa de Andrómeda sería, pues, una muestra de un sistema solar en formación casi en su fase final de formación.
Tal teoría, conocida en la historia como hipótesis nebular, fue propuesta en primera instancia por el filósofo alemán Immanuel Kant (1724-1804) en el año 1755. Medio siglo más tarde, como apéndice de un libro de astronomía, el físico y matemático francés Pierre Simon Laplace (1749-1827) propuso la misma hipótesis de manera independiente. Según Laplace, un ejemplo claro de tal fenómeno lo constituía precisamente la nebulosa de Andrómeda. Su estructura es tal que parece denotar un movimiento rápido de rotación; también puede verse (o convencerse de que se ve) una especie de anillo de gas a punto de desgajarse. Si la teoría de Laplace sobre la naturaleza de la nebulosa de Andrómeda como precursora de un sistema planetario fuese cierta, seguramente no se trataría de un objeto demasiado grande y, por su tamaño aparente, tampoco muy lejano. La teoría de Laplace se tomó como cierta y la naturaleza de la nebulosa de Andrómeda quedó aparentemente confirmada cuando en 1907 algunos cálculos de su paralaje mostraron que su distancia al Sistema Solar era de 19 años-luz.

Immanuel Kant
Por otro lado, la idea que tenía Kant de la Nebulosa de Andrómeda (y seguramente de otros objetos borrosos del cielo) era totalmente opuesta. Conociendo que algunos objetos de Messier correspondían a cúmulos de estrellas, Kant propuso que M31 y otros constituirían un gran conglomerado de estrellas cuyo aspecto difuso se debía únicamente a que se trataba de objetos situados a gran distancia, llamados poéticamente por él “universos isla”. Conglomerados enormes de estrellas como nuestro Sol donde encontraríamos ingentes planetas y tal vez seres inteligentes.
A medida que se iban mejorando los instrumentos de visión, muchos objetos borrosos mostraron tener estrellas en su interior y se clasificaron como cúmulos de estrellas. Sin embargo, la nebulosa de Andrómeda se resistía a mostrar alguna estrella en su interior. Por otro lado, la mayoría de nebulosas presentaba forma irregular, solo unas pocas tenían la forma de lente de M31, a pesar de la intriga que fomentó este extraño cuerpo, fue clasificado como nebulosa.
Entonces, al aplicar los estudios espectroscópicos a la nebulosa de Andrómeda, se vio que los resultados chocaron con la teoría de Laplace. Veamos; antes de seguir, es necesario hacer notar la diferencia entre el espectro emitido por las estrellas (emisión de luz debida a su temperatura: incandescencia) y el emitido por las nebulosas (emisión de luz debida a la estimulación de los electrones de sus átomos: luminiscencia). Mientras las estrellas muestran una distribución de colores uniforme debida a la gran temperatura de su núcleo, con líneas oscuras debida a la dispersión de luz de longitud de onda fija por los átomos de su atmósfera, el de las nebulosas corresponde simplemente a rayas debido a la emisión de luz, no debido a su temperatura, sino por la dispersión que hace de la luz de las estrellas en su interior.[2]

Diferencias de espectros entre una estrella y una nebulosa.
Mientras las nebulosas normales mostraban espectros compuestos únicamente de líneas de colores,[3] la nebulosa de Andrómeda, en cambio, mostraba un espectro más parecido al de una estrella: continuo y con alguna que otra línea oscura, aunque mucho más tenue que las estrellas normales. Además quedaba otro problema. En las nebulosas luminosas normales no sólo se veía la dispersión que ellas hacían de la luz de la estrella en su interior, sino que también lograba verse a tal o tales estrellas. Los intentos de ver la estrella en el interior de la nebulosa de Andrómeda resultaron infructuosos: hasta principios del siglo XX, tales estrellas nunca se detectaron. O, bueno, no estrellas permanentes.
¿A qué me refiero? bueno, les contaré eso en el próximo artículo. Hasta entonces.
  1. Europeos, es decir, 10^12. []
  2. Así como las moléculas de Nitrógeno en nuestra atmósfera absorben únicamente luz azul y la dispersan posteriormente a todas direcciones, mientras que las demás longitudes de onda siguen su camino. El resultado es que nos hace ver el cielo de ese color. Una nebulosa de Nitrógeno se vería azul y en su espectro, entre otras líneas, la correspondiente a la longitud de onda de luz azul cielo. []
  3. Por ejemplo, el espectro de la nebulosa de Orión tiene una línea verde especialmente marcada. []

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