Treinta años del Hubble, el espía del universo

El telescopio fue desplegado en el espacio hace hoy 30 años. Desde entonces ha dado más de 170.000 vueltas a la Tierra y ha generado 150 terabytes de información que han permitido la publicación de 18.000 artículos científicos con hallazgos que van desde la formación de estrellas y galaxias hasta la edad del universo pasando por los agujeros negros.

 

Ocurrió hace 30 años. El miércoles 25 de abril de 1990, el transbordador Discovery flotaba en medio del espacio a 590 kilómetros de altura. En ese momento, los astronautas Shriver, Bolden, Hawley, McCandless II y Sullivan culminaron la gesta: dejar allí, desplegado y orbitando, el aparato que llevaban en la nave, el primer observatorio espacial de la historia, un armatoste de 13 metros de longitud, cuatro de diámetro y 11.000 kilos. El ojo con que el ser humano vería el universo como jamás lo había visto. El Hubble.

Desde que fuera desplegado, el Hubble, que viaja a 28.000 kilómetros por hora, ha dado más de 170.000 vueltas alrededor de la Tierra. "El telescopio ha transformado la visión que la humanidad tenía sobre el universo y sobre nuestro lugar en él", asegura a Público la directora científica de este proyecto de la NASA, Jennifer Wiseman. La revolución que ha provocado el Hubble es de la misma magnitud que cuando Galileo alzó su telescopio al cielo en 1610.

Estar ubicado allá arriba, libre de las distorsiones de la atmósfera terrestre, hace del Hubble un poderoso e incansable espía del cosmos: "El telescopio", prosigue la astrofísica de la NASA en Washington, "genera alrededor de 10 terabytes de nuevos datos cada año. El archivo total es actualmente de más de 150 terabytes, que proceden de las más de 1,3 millones de observaciones realizadas".

Con todo ese arsenal, los astrónomos que utilizan los datos del Hubble han publicado más de 18.000 artículos científicos, una cifra que lo convierte "en uno de los instrumentos científicos más productivos que jamás hayan sido construidos", celebra Wiseman.

El Discovery había despegado un día antes, a las 8.33 de la mañana del 24 de abril, de la base de la NASA en Merritt Island, Florida. Ese vuelo espacial no era un reto más de la agencia norteamericana, sino que materializaba un sueño casi de ciencia ficción que los científicos habían albergado durante varias décadas.

Cuando el Hubble fue puesto en órbita, Wiseman era una estudiante de astronomía en la Universidad de Harvard. "Mis investigaciones de entonces estaban relacionadas con radiotelescopios terrestres pero todos los estudiantes estábamos muy entusiasmados por tener ese nuevo observatorio, que nos daría una visión del espacio mucho más nítida", recuerda.

"Yo estaba muy intrigada", continúa Wiseman, "no sólo por qué hallazgos y resultados obtendría el Hubble sino también por cómo la NASA había podido usar las habilidades de los astrónomos, físicos, ingenieros, informáticos y astronautas para sacar adelante este telescopio, ponerlo en el espacio y hacer ciencia. Nunca había pensado que una cosa así pudiera siquiera llegar a ser posible".

 

1946, el punto de partida

 

Pero hicieron falta muchos años y muchos tropiezos para que el Hubble fuera un éxito. El inicio negro sobre blanco de esta historia fue un artículo publicado en 1946 por el astrofísico Lyman Spitzer, de la Universidad de Yale. En su trabajo, Spitzer introdujo la idea de un gran telescopio espacial en un momento en el que ni siquiera se había puesto ningún satélite en órbita. En 1958, un año después de que los rusos lanzaran su Sputnik, Estados Unidos decidió meterse de lleno en la carrera especial y creó la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio, la NASA.

No fue hasta 1974 cuando la agencia creó el primer grupo de trabajo dedicado a un gran telescopio espacial. A partir de ahí todo fue más rápido: en 1977 el Congreso norteamericano aprobó la primera dotación presupuestaria para el proyecto y en 1979 comenzaron los programas de entrenamiento de astronautas para esas misiones espaciales.

Fue en 1983 cuando se bautizó a este gran telescopio espacial como Hubble en honor al astrónomo Edwin Hubble (1889-1953). En un artículo de 1929 que ya es historia de la ciencia, había descrito que existía una relación entre la distancia entre unas galaxias de otras y la velocidad a la que se alejaban entre ellas. Dicha relación se denomina desde entonces la constante de Hubble y fue la primera manifestación fehaciente de la expansión del universo que habría nacido, por lo tanto, de una gran explosión: el Big Bang.

Pero los años 80 avanzaban y los retrasos se amontonaban. A pesar de esto, el proyecto seguía barajando como fecha de lanzamiento marzo de 1986 hasta que el 28 de enero de ese año la lanzadera especial Challenger explotó poco después de despegar. Murieron todos sus tripulantes. El lanzamiento del Hubble se suspendió. Finalmente, y tras una pausa de cuatro años, en abril de 1990 el Discovery puso al Hubble en órbita. Al fin una buena noticia. Menos de un mes después, el 20 de mayo, se obtuvo su primera imagen. Según la NASA, se demostraba que éstas "eran aproximadamente un 50% más nítidas que las tomadas desde observatorios terrestres". Otra buena noticia...

...Y no hubo una tercera seguida. El 27 de junio, la NASA anunció con bochorno que el espejo primario del Hubble adolecía de una imperfección que emborronaba las imágenes que tomaba del cosmos. En concreto, la curvatura del espejo se desviaba 2 micrones, es decir, la cincuenteava parte del grosor de un cabello humano. La distancia que separaba el éxito del fracaso. La prensa se cebó con la NASA. Un medio llegó a titular: La desgracia de los mil millones de dólares.

Aun así, el 1 de octubre de 1990 se publicó el primer artículo científico a partir de una imagen del Hubble. El artículo de Tod Lauer, investigador del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica en Tucson, Arizona, describió observaciones "en el entorno de un supuesto agujero negro en el núcleo de la galaxia NGC 7457", según recoge la página web de la NASA.

Pero había que arreglar el defecto óptico y sólo había una manera de hacerlo: montándose en una nave y subiendo hasta allí arriba. La NASA organizó la primera de las cinco misiones de reparaciones realizadas en estos 30 años, y el 3 de diciembre de 1993 la lanzadera Endeavour despegó hacia el Hubble. La misión duró once días. Un mes después, el 13 de enero de 1994, la agencia americana anunció que la nueva óptica instalada había corregido el problema. El niño tenía gafas nuevas. Se acabaron las malas notas.

 

Una imagen: la Hubble Ultra Deep Field

 

A partir de ahí los hallazgos se amontonaron. El primero de gran relevancia quizás fue el realizado el 25 de mayo de 1994, cuando el Hubble confirmó la existencia de agujeros negros supermasivos. Otro de ellos ocurrió el 15 de enero de 1996, cuando la NASA publicó la imagen del Campo Profundo del Hubble, la más profunda y detallada vista del universo hasta ese momento. La imagen contiene al menos 1.500 galaxias en varias etapas de desarrollo.

Una imagen que recuerda a ésta fue la generada por el Hubble con exposiciones tomadas entre 2002 y 2012. La NASA tituló la fotografía Hubble Ultra Deep Field. Es la preferida de Wiseman. "Se tomó apuntando a una zona donde no se recibía luz de las estrellas cercanas y así estuvo, registrando el espacio durante días y días. La imagen resultante mostró miles de puntos luminosos, cada uno de los cuales es una galaxia con miles de millones de estrellas. Miro esa imagen y me siento fascinada", confiesa. "Ahora entendemos cuán rico es el universo; el Hubble nos ha mostrado imágenes con miles de galaxias distantes y hay indicios de que hay cientos de miles de millones de galaxias. Y nos ha mostrado también que el universo ha estado activo y cambiante durante el curso del tiempo", dice Wiseman.

La astrofísica de la NASA recuerda cómo "las imágenes de esos fenómenos lejanísimos son viajes en el tiempo porque la luz de una galaxia captada por el Hubble ha tenido que recorrer el espacio hasta llegar al telescopio. Con el Hubble estamos viendo galaxias de hace miles de millones de años luz, es decir, que están mucho más cerca en el tiempo del inicio del universo que nosotros".

Wiseman dice que el Hubble se está usando "para cosas para las que ni siquiera fue soñado, como estudiar la naturaleza de galaxias muy lejanas o para investigar planetas de nuestra galaxia que giran alrededor de otras estrellas, los llamados exoplanetas, que ni siquiera se conocían cuando se lanzó el Hubble". "También hemos usado el telescopio para analizar el efecto de fenómenos muy misteriosos como la materia oscura y la energía oscura, un fenómeno misterioso relacionado con la expansión del universo cuya existencia ayudó a confirmar Hubble", explica.

Estos 30 años de observaciones y descubrimientos han sido posibles por las cinco misiones espaciales al telescopio, en las que la NASA envió a astronautas a bordo de lanzaderas hasta el Hubble para colocar nuevos instrumentos de medición o reparar equipos in situ. Las imágenes de los astronautas colgados del Hubble en medio de la oscura inmensidad del cosmos parecen sacadas del cine de ciencia ficción.

"Estas misiones han sido absolutamente decisivas para el éxito del Hubble. La primera reparó la óptica del telescopio y el resto ha servido para arreglar o reemplazar baterías, la electrónica e incluso para colocar nuevos instrumentos de medición más avanzados que los que había originalmente en el observatorio", recuerda Wiseman."La última misión fue en 2009 y fue un éxito maravilloso. El Hubble está en muy buena forma y ahora recibimos de él incluso más información y de más calidad que nunca antes en sus 30 años de vida".

 

En compañía del James Webb en esta década

 

El Hubble aún tiene cuerda para rato. "El telescopio está en un estado excelente", dice Wiseman, que calcula que si no hubiera ninguna misión más en el futuro, podría aún estar operando durante toda esta década. Esto supondrá que el Hubble observe el cosmos junto a su media naranja espacial: el telescopio James Webb que prepara la NASA y cuyo lanzamiento está previsto (si la pandemia de la covid-19 lo permite) para 2021.

El James Webb, al contrario que el Hubble, no estará en un lugar donde los astronautas puedan ir para repararlo. Será enviado a 1,5 millones de kilómetros, en uno de los llamados puntos de Lagrange. Se trata de zonas en las que debido al peso ejercido por cuerpos cercanos la gravedad se anula, de manera que todo lo que llega hasta allí, allí se queda atrapado, como sucede con las corrientes del mar cuando la basura se acumula.

"El James Webb es otro tipo de observatorio espacial y complementará al Hubble. El Webb está pensado sobre todo para captar luz infrarroja, mientras que el Hubble trabaja con la luz visible y la ultravioleta. Los dos se complementarán y, con ellos operando al mismo tiempo, podremos aprender más que nunca", se entusiasma Wiseman.

Así que se avecinan de nuevo años de descubrimientos y de hallazgos de fenómenos que puede que ni siquiera los científicos intuyan hoy. La magnitud y complejidad de lo descubierto en estos treinta años de vida del Hubble son tan inmensas que desafían el sentido común de la mente humana. Pero, cuando un astrofísico contempla las imágenes del espacio captadas por el Hubble, ¿ve orden o caos ahí fuera? "Veo un hermoso orden y mucho dinamismo", dice Wiseman, "porque la actividad que se ve, ya sea la formación de galaxias o de estrellas o la visión de los misteriosos agujeros negros, está gobernada por las leyes de la física". "La actividad del universo puede ser vista como caótica", concluye, "pero sigue sus propias leyes. Y es hermosa. Hay armonía".

Hallazgo de galaxias masivas antiguas desafía los modelos del universo

Astrónomos utilizaron el poder combinado de múltiples observatorios para descubrir un tesoro de galaxias masivas antiguas.

Se trata del primer hallazgo múltiple con tal abundancia de estas galaxias, que desafía los modelos actuales del universo.

También están íntimamente conectadas con agujeros negros supermasivos y la distribución de materia oscura, según publican en Nature.

 

El Hubble dio acceso sin precedente al universo nunca visto, pero incluso él no puede llegar a algunas de las piezas más fundamentales del rompecabezas cósmico. Los astrónomos del Instituto de Astronomía de la Universidad de Tokio querían ver algunas cosas que durante mucho tiempo sospecharon que podrían estar allí, pero que el telescopio no podía mostrar. Nuevas generaciones de observatorios astronómicos finalmente revelaron lo que buscaban.

"Es la primera vez que se confirma una población tan grande de galaxias masivas en los primeros 2 mil millones de años de la vida del universo, de 13 mil 700 millones de años. Éstos eran antes invisibles para nosotros. Este hallazgo contraviene los modelos actuales para ese periodo de evolución cósmica y ayuda a agregar algunos detalles que faltaban", sostuvo el investigador Tao Wang.

Luz muy tenue

Pero, ¿cómo puede ser invisible algo tan grande como una galaxia? “La luz de estas galaxias es muy tenue, con largas longitudes de onda invisibles para el ojo humano e indetectables para Hubble. Así que recurrimos al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ideal para ver estos elementos”, explicó el profesor Kotaro Kohno.

A pesar de que estas galaxias fueron las más grandes de su tiempo, su luz no sólo es débil, sino también se extiende debido a su inmensa distancia. A medida que el universo se expande, la luz que pasa se estira, por lo que la visible se alarga y se convierte en infrarroja. La cantidad de estiramiento permite a los astrónomos calcular a qué distancia está algo, lo que también indica hace cuánto tiempo fue emitida la luz que se observa.

“Fue difícil convencer a nuestros colegas de que las galaxias eran tan antiguas como sospechábamos. Nuestras teorías iniciales sobre su existencia provenían de los datos infrarrojos del telescopio Spitzer, pero ALMA reveló detalles en longitudes de onda submilimétricas, la mejor longitud de onda para mirar a través del polvo presente en el universo primitivo. Aun así, tomó más datos del imaginativamente llamado Telescopio muy Grande en Chile para demostrar realmente que estábamos viendo grandes masas de antiguas galaxias donde no se habían observado”, agregó Wang.

Cuerpos celestes cubiertos de polvo

Otra razón por la que estas galaxias parecen tan débiles es que las más grandes, incluso en la actualidad, tienden a estar cubiertas de polvo, lo que las oscurece más que a sus hermanos galácticos más pequeños.

"Cuanto más masiva es una galaxia, más lo es el agujero negro supermasivo en su corazón. Por tanto, el estudio de esos cuerpos y su desarrollo también dirá más sobre la evolución de los primeros. Asimismo, están íntimamente relacionadas con la distribución de materia oscura invisible, lo que tiene que ver en la configuración de su estructura y distribución. Los investigadores necesitarán actualizar sus teorías", precisó Kohno.

Lo que también es interesante es cómo estas 39 galaxias son diferentes a la nuestra. "Por un lado, el cielo nocturno parecería mucho más majestuoso. La mayor densidad de estrellas significa que habría muchas más cercanas al parecer más grandes y brillantes. Pero a la inversa, la gran cantidad de polvo significa que las más lejanas serían mucho menos visibles, por lo que el fondo de estos brillantes astros cercanos podría ser un gran vacío oscuro", sostuvo Wang.

Descubren un agujero negro que hace que el espacio de su alrededor gire

El agujero gira a una velocidad que está próxima al límite de lo establecido por la teoría de la relatividad de Albert Einstein.

La NASA y la Agencia Espacial India (ISRO) han identificado un agujero negro que gira a una velocidad que está próxima al límite de lo establecido por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. De ser así,  el agujero sería capaz de hacer que el espacio que se encuentra a su alrededor también girase.

 

Las velocidades registradas, según publica Astrophysical Journal, no se habían visto nunca antes y sólo se han encontrado otros cinco casos con características similares.

 

El agujero fue descubierto por el satelite AstroSat de la ISRO y después, la NASA confirmó la velocidad del giro desde el observatorio de rayos X Chandra. 

Imágenes inusuales de Stephen Hawking a los 19 años, en 1961 (en la imagen izquierda, de blanco con un palo de criquet; al centro, en la derecha), lo muestran como alumno de una escuela de verano para astrofísicos del Observatorio Real de Greenwich, en Sussex. Foto Afp

El pasado 14 de marzo se dio a conocer la noticia de la muerte de Stephen Hawking cuando contaba con 76 años de edad. El físico realizó grandes contribuciones a la comprensión y popularización del conocimiento sobre el origen y evolución del Universo, lo que lo convirtió en el científico más famoso después de Albert Einstein. Aunque hasta ahora no hay información real sobre las causas de su fallecimiento, desde muy joven se le había diagnosticado una enfermedad terrible, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), que le ocasionó muy serias limitaciones físicas durante su vida adulta, las cuales, sin embargo, no disminuyeron su enorme capacidad intelectual. El curso atípico que tomó su padecimiento constituye un gran misterio que probablemente ayudará en el futuro a entender mejor la relación entre lo normal y lo patológico.

A partir de Roger Penrose, Hawking contribuyó al renacimiento de la teoría general de la relatividad con el empleo de nuevas técnicas matemáticas que ayudaban a entender algunas singularidades en el Universo, lo que obligaba al surgimiento de una nueva física. Al vincular la teoría cuántica y la relatividad, Hawking demostró que un agujero negro en realidad no sería completamente negro, pues emite una radiación con una temperatura bien definida que dependía inversamente de su masa. La radiación (a la que se conoce como radiación de Hawking) causaría que los agujeros negros se “evaporen”. Este proceso sería muy lento y prácticamente inobservable, excepto en los “miniagujeros” del tamaño de los átomos, los cuales, algunos piensan, no existen. El astrofísico inglés nunca recibió el Premio Nobel, pues para lograrlo se requiere que las teorías físicas tengan corroboración experimental, algo que no ha ocurrido, pero a pesar de esto nadie pone en duda su genialidad.

A Stephen Hawking se le diagnosticó ELA cuando tenía 21 años. Es una enfermedad neuromuscular progresiva, generalmente fatal, que ataca a las neuronas motoras en la médula espinal y la parte inferior del cerebro, las cuales transmiten señales a los músculos voluntarios de todo el cuerpo. La mayoría de los pacientes con esta condición mueren en un lapso de cinco años, y de acuerdo con algunas asociaciones médicas, la expectativa de vida promedio después del diagnóstico es de 14 meses. Sin embargo, el autor de la Breve historia del tiempo sobrevivió a la enfermedad 55 años, lo que lo convierte en un caso excepcional.

En un artículo que aborda la enfermedad de Hawking publicado en el British Medical Journal (BMJ) en junio de 2002, el editor y periodista británico Roger Dobson pregunta al neurólogo Nigel Leigh el por qué de la sorprendente sobrevida del astrofísico: “Hemos encontrado que la supervivencia en pacientes más jóvenes es notablemente mejor, en algunos casos más de 10. Entre las personas de 50 y 60 años hay un 50 por ciento de posibilidades de sobrevivir cuatro años, más o menos. Es una patología diferente si comienzas joven y nadie sabe por qué”.

La causa de la ELA no se conoce. La evidencia disponible sugiere que tanto la genética como el medioambiente juegan algún papel en el desarrollo de la enfermedad. Más de 90 por ciento de los casos son del llamado tipo esporádico, donde ocurren al azar, sin que existan factores de riesgo claramente asociados y sin antecedentes familiares del padecimiento. La causa genética corresponde a 5 o 10 por ciento de los casos. Hay cerca de una docena de genes que se han relacionado con la patología; uno de ellos es el C9ORF72, que se asocia con la atrofia de los lóbulos fronto-temporales del cerebro y ocasiona demencia, lo cual, obviamente, no corresponde con el astrofísico.

En el artículo del BMJ citado, se le preguntó al propio Hawking por qué su condición había evolucionado de manera diferente a un caso típico de ELA, a lo cual respondió: “Creo que la enfermedad de la neurona motora es un síndrome que puede tener diferentes causas. Tal vez mi variedad se deba a una mala absorción de vitaminas”. El profesor Hawking –continúa el texto– complementa su dieta “con tabletas de minerales y vitaminas diarias, y se dice que el zinc, las cápsulas de aceite de hígado de bacalao, el ácido fólico, el complejo de vitamina B, la vitamina B-12, la vitamina C y la vitamina E fueron particularmente útiles. También sigue una dieta libre de gluten y aceite vegetal”.

Otro genio, el médico y filósofo francés Georges Canguilhem, documentó de manera brillante en 1943 la estrecha relación entre lo normal y lo patológico. Desde esa perspectiva cabría preguntarse si la genialidad de Hawking podría haberse expresado del mismo modo en ausencia de la enfermedad, o si ésta tuvo alguna relación con su genialidad.