Medición de distancias 3ª parte. Las galaxias.

Medición de distancias 3ª parte. Las galaxias.

via Entendiendo la Astronomía by Tomás on 4/10/10

A principios del siglo XX se debatía la naturaleza de algunas de esas "nebulosas" de aspecto difuso que se observaban en el firmamento. Algunos astrónomos defendían que había dos tipos de nebulosas, las que eran verdaderamente nubes de gas y polvo, y otras que eran en cambio galaxias enteras como la nuestra, que debían estar a distancias enormes. Algunas de ellas, que presentaban forma en espiral, eran firmes candidatas a ello aunque no se tenían certezas. Ler mais

Otros astrónomos defendían por el contrario que nuestra galaxia, la galaxia, era en sí misma todo el Universo, y que por tanto esas espirales eran nubes de gases contenidas en la Vía Láctea que por el motivo que fuera tenían esa peculiar forma.

Los logros de Leavitt y Hertzsprung habían servido para determinar la escala de la propia Vía Láctea, así como de las Nubes de Magallanes que resultaron ser unas pequeñas galaxias irregulares satélites de la nuestra. Sin embargo, no se observaban estrellas cefeidas dentro de esas espirales, así que resultaba imposible determinar su distancia y, con ello, si eran cuerpos contenidos en la Vía Láctea o estaban fuera de ella.

Así estaban las cosas cuando Edwin Hubble se hizo cargo del observatorio del monte Wilson en 1919, el mayor del mundo por entonces. Pronto zanjaría las controversias y haría descubrimientos que cambiarían para siempre nuestra concepción del Universo.

En 1923 hizo el primer gran hallazgo: encontró por fin una estrella variable cefeida en la por entonces conocida como "nebulosa de Andrómeda" o M31. Comparó su período con otras cefeidas cuya distancia era conocida, y determinó que la distancia a la que se encontraba M31 era increíblemente grande, muy superior al tamaño de la propia Vía Láctea. Era una prueba irrefutable de que M31 no era una nebulosa, sino que era toda ella otra inmesa galaxia como la nuestra.

En sólo dos años encontró muchas cefeidas en otras de esas "nebulosas", y sus distancias eran todavía mayores. El universo no se limitaba a nuestra galaxia, sino que estaba constituído por multitud de ellas aisladas entre sí por distancias increíblemente grandes. La idea lanzada por el filósofo Kant mucho tiempo antes de que el universo podría estar formado por infinidad de "universos-isla", como él llamaba a las galaxias, resultaba correcta.

Este espectacular resultado hizo que la Fundación Nobel quisiera indagar en los méritos de los que la habían hecho posible. Preguntaron entonces por Henrietta Leavitt, descubridora del método de determinación de distancias mediate las variables cefeidas, pero había fallecido cuatro años antes. Y no se dan premios Nobel a título póstumo.

Dicho sea de paso, a Hubble le vino a ocurrir algo parecido. Falleció repentinamente el mismo año en que estaba nominado al premio por los enormes méritos conseguidos, que no se limitaron ni mucho menos a lo que os he contado hasta ahora, y se quedó sin él.

Antes de seguir con los descubrimientos de Hubble os tengo que contar algo sobre un efecto físico que todos conocéis. Porque todos recordamos el sonido que hace por ejemplo un tren cuando se acerca, pasa por nuestro lado y luego se aleja, o de un Fórmula 1 cuando pasa por delante de la cámara de televisión. El sonido pasa de agudo a grave. Se debe a un efecto que se produce en las ondas -y el sonido es una onda en el aire- cuando el emisor se mueve respecto al observador.

A esto se llama efecto Doppler. Cuando el tren se nos acerca, las ondas sonoras que recibimos están comprimidas, puesto que la marcha del tren recorta espacio a cada onda que emite. Por eso el sonido lo percibimos agudo. En cambio, cuando se aleja, el movimiento del tren añade más distancia entre cada onda, por lo que éstas nos llegan con una frecuencia menor, y terminamos percibiendo un sonido grave.

Ahora bien, démosle una segunda vuelta de tuerca a esto. Puesto que el efecto Doppler se produce con ondas, y la luz sabemos que se comporta como una onda, ¿sufrirá alteraciones la luz de un cuerpo en movimiento respecto a los observadores fijos? -fijos o con velocidades relativas diferentes, claro-. Aunque en nuestra vida cotidiana parece que no, porque las velocidades mundanas son muy bajas para que esto se evidencie, Hubble descubrió que en la luz de las galaxias sí se observa este efecto.

El principal descubrimiento de Hubble fue éste, y todo lo que lleva implícito. Analizando la luz de las galaxias, comprobó que sus lineas espectrales eran prácticamente iguales siempre -indicando que estaban compuestas por los mismos elementos químicos-, pero que en mayor o menor medida se desplazaban hacia el color rojo. O lo que es lo mismo, las lineas espectrales sufrían el efecto Doppler.

Pero claro, si en las galaxias observamos el efecto Doppler, eso tiene que ser porque se están moviendo, y además, al desplazarse hacia el rojo, que es un color que corresponde a una frecuencia baja, es porque las galaxias se están alejando de nosotros.

Repetimos por lo importante que es esto: las galaxias se están alejando de nosotros. Hubble acababa de fundar la Cosmología.

Pero las sorpresas siguen. Con la ayuda de Humason enseguida observó que cuanto más lejana era una galaxia su desplazamiento al rojo era también mayor, así que la velocidad a la que se alejaba era también mayor. Esto es lo mismo que decir que ¡el Universo se está expandiendo!

Ni el propio Einstein, que en su teoría general de la relatividad había deducido que el Universo debía estar expandiéndose o contrayéndose, pero no estático, se había llegado a creer sus propias conclusiones, por lo que llegó a introducir una modificación en sus ecuaciones para "evitar" este problema. Después de saber de las evidencias observacionales que halló Hubble, afirmó que "ése había sido el mayor error de su vida".

La relación entre el desplazamiento al rojo observado en una galaxia y la distancia a la que se encuentra es lo que hoy conocemos como Ley de Hubble, según la que ambas son directamente proporcionales multiplicadas por un valor llamado Constante de Hubble. Son muchos los esfuerzos que los astrónomos han puesto y están poniendo en afinar el valor de esta constante, puesto que según sea éste, la evolución futura del Universo se podría entender de forma diferente. La expansión de Universo, ¿será eterna, o decelarará alguna vez? Hoy el universo se expande aceleradamente, pero ¿se frenará la expansión alguna vez o no? De momento no está claro.

Por último, ya que estamos hablando de esto, vamos a rematar con todo a lo que llegó Hubble. Puesto que las galaxias se alejan de nosotros, es intuitivo pensar que si fuéramos hacia atrás en el tiempo, estarían cada vez más cerca, llegando un momento en que todo el Universo ocupara un solo punto. Efectivamente, Hubble también aportó la primera confirmación a la teoría del Big Bang, ya sugerida poco antes por Friedman y Lamaître utilizando la teoría de la relatividad de Einstein, según la cual el Universo se creó a partir de un mismo punto no ya pequeño, sino sin siquiera dimensiones -lo que en física se conoce como una singularidad-, sólo energía, que se transformó después en masa según la famosísima equivalencia de Einstein e=mc² que nos viene a decir que muy poca masa es lo mismo que mucha energía, y viceversa. El mismo proceso en un sentido nos lleva a la bomba atómica, y en el otro, a la creación del Universo.

Como veis, hablar de distancias en el Universo enseguida nos introduce en consideraciones más profundas.

IMÁGENES
1.- La galaxia de Andrómeda o M31, por Robert Gendler.
2.- Edwin Hubble. Wikipedia.
3.- Placa fotográfica de M31 en la que Hubble anotó junto a un signo de exclamación VAR!, señalando la estrella variable cefeida que por fin había encontrado. Tachó la N que había escrito antes, creyendo que se trataba de una estrella nova. SEDS.
4.- Gif animado sobre el efecto Doppler en el sonido. Wikipedia.
5.- Desplazamiento al rojo de líneas espectrales galácticas. Wikipedia.
6.- Albert Einstein. Wikipedia.