La revolución de la pequeña nube

Durante la primera mitad del s. XX, Edwin Hubble protagonizó, junto con otros astrónomos, una revolución en nuestra concepción del Universo de un calibre parecido a la revolución copernicana, acontecida unos siglos antes. Este cambio de paradigma quedó sintetizado en el nacimiento de un nuevo parámetro: la constante de Hubble. ¿Fue la atenta observación de nuestro sistema solar lo que motivó este cambio, tal y como había motivado el impulsado por Copérnico? ¿Quizás la observación de las estrellas? En absoluto.

La revolución del s. XX fue motivada por la observación minuciosa de unos objetos que habían pasado casi totalmente desapercibidos durante la mayor parte de la Historia, unos objetos que prácticamente ni existían para los astrónomos de la Antigüedad y que, en consecuencia, fueron totalmente ninguneados a la hora de plantear modelos del mundo.

Fotografía panorámica de 360º nocturna de Racetrack Playa en el Death Valley (Valle de la Muerte). En el centro de la imagen es visible la Vía Láctea con la apariencia de un arco luminoso. Innumerables puntos luminosos brillan en el firmamento nocturno.

LA PEQUEÑA NUBE

Durante milenios, el firmamento estuvo poblado casi únicamente por estrellas. Incontables generaciones de astrónomos observaron la esfera celestial sin ver en ella más que el Sol, la Luna y gran cantidad de puntos luminosos –un puñado de los cuales tenía la desconcertante propiedad de errar entre la inmensa mayoría que se mantenía fija-. Muy de vez en cuando pasaba un cometa, y a veces surcaban los cielos estrellas fugaces. Fenómenos efímeros que no alteraban el inventario general de los cielos. Además de la gran franja luminosa que aparecía en los cielos las noches despejadas, el rasgo esencial del firmamento nocturno era sin duda los puntos luminosos que brillaban en él imperturbables, en el mismo sitio cada noche.

Los llamaron “estrellas” y a pesar de ser innumerables para el común de los mortales, los astrónomos se empeñaron en contarlos, en clasificarlos según su brillo y, cuando su imaginación se lo permitió, en agruparlos en constelaciones. El Almagesto, el tratado astronómico más completo de la Antigüedad que ha conseguido llegar hasta nuestros días, escrito por Claudio Ptolomeo en el s. II de nuestra era, en Alejandría, menciona sólo siete “estrellas nebulosas” o “nebulosas”: tres de ellas son asterismos -estrellas que forman en apariencia una constelación pero que no está reconocida como tal- y el resto son agrupaciones de estrellas[1].

Un observador tan riguroso, persistente y sistemático como Tycho Brahe, en su obra Astronomiae Instaurate Progymnasmata, menciona sólo seis, aunque sólo una coincide con las documentadas por Ptolomeo. Se considera que el primer astrónomo que dejó constancia escrita de lo que hoy se conoce como galaxia de Andrómeda fue el astrónomo persa Abd-al-Rahman Al-Sufí en el año 964, quien en su obra Libro de las estrellas fijas le adjudicó el nombre de La pequeña nube. ¿Dónde están, a lo largo de la mayor parte de la historia de la Astronomía, todas las nebulosas, galaxias y otros objetos astronómicos que se conocen hoy en día? La respuesta es sencilla: no están. Y también hay una explicación sencilla: el ojo desnudo no tiene sensibilidad suficiente para percibir la increíble variedad de habitantes del espacio profundo.

Nebulosa de Orión, objeto Messier número 42 (M42). En este mismo artículo, unos párrafos más adelante, se explica qué es el catálogo Messier. Durante muchas generaciones, la Humanidad tenía ante ella multitud de fenómenos como el de la foto y no los veía. Sin complementar nuestra visión con los instrumentos ópticos adecuados no puede percibirse el Universo en toda su magnitud. | ESO/J. Emerson/VISTA. Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit.

Nuestra visión puede ofrecernos una imagen espectacular del firmamento nocturno –siempre y cuando nos alejemos del paraguas de sodio de la urbe – pero, a pesar de toda la espectacularidad de esa imagen, la realidad es aún mucho más rica y profunda, y por muy diáfanos que fueran los cielos en la Antigüedad y Edad Media, incontables generaciones de astrónomos se perdieron esa profundidad por carecer de las herramientas necesarias.

Evocación artística del interior de la antigua biblioteca de Alejandría. | Fuente: Tolzmann, Don Heinrich, Alfred Hessel and Reuben Peiss. The Memory of Mankind. New Castle, DE: Oak Knoll Press, 2001 Copyright: A través de la Wikipedia, imagen de dominio público

Como demuestran los registros históricos, y como podemos comprobar nosotros mismos la noche que nos apetezca alejarnos de la urbe, muy pocas “estrellas nebulosas” pueden apreciarse a simple vista. Y de ellas, únicamente tres son objetos extragalácticos: la galaxia de Andrómeda (M31) y las dos Nubes de Magallanes[2]. Todos ellos se aprecian como pequeñas manchas difusas en el firmamento, leves máculas en la esfera celeste que los antiguos decidieron ignorar a la hora de explicar el mundo. Durante la mayor parte de la historia de la Astronomía, el papel de este tipo de objetos astronómicos en las teorías del Cosmos parece haber sido totalmente nulo. Digo parece pues hay que tener en cuenta el desastre irreparable de la biblioteca de Alejandría y la pérdida en China de innumerables registros destruidos por orden del primer emperador Shih Huang-Ti en el s. III a. de C.

Quién sabe si entre todos los documentos perdidos no habría alguno que recogiera una visión del Cosmos alternativa a la preponderante, una visión en la que las pocas nebulosas visibles se tomaran como prueba de que el mundo de las esferas no era tan perfecto como grandes filósofos de la época pretendían. Quizá, al menos, un documento donde se catalogaran más extensamente los objetos nebulosos y se diera cuenta, como mínimo, de lo que hoy conocemos como la galaxia de Andrómeda. Hubiera o no un documento semejante, lo cierto es que la visión geocéntrica del Cosmos, con el respaldo de Aritóteles y la glosa definitiva de Ptolomeo, se impuso durante siglos y determinó, junto con las limitaciones intrínsecas de nuestro sentido de la vista, la percepción que del firmamento nocturno tuvieron los astrónomos durante casi dos milenios[3].

Panorámica de 360º del European Southern Observatory (ESO) en Chile. | ESO/H.H. Heyer

Hubo que esperar al s. XVII para que la curiosidad de Galileo Galilei, aliada con una innovación tecnológica llamada telescopio, acabara definitivamente con la aparente perfección y sencillez del mundo de las esferas de Aristóteles. El modelo heliocéntrico de Copérnico, las observaciones de Galileo, el trabajo de Johannes Kepler y, un poco más tarde, la teoría de la gravitación universal de Isaac Newton permitieron percibir e interpretar el mundo y sus alrededores cósmicos de una forma completamente nueva en la historia de la Humanidad. Los cometas nunca más fueron heraldos divinos, señales procedentes de un mundo más allá del terrenal e incluso más allá de la comprensión humana, portadores de desastres y calamidades, y pasaron a formar parte de un zoo de fenómenos que, al igual que los caminos de las errantes, empezaban a estar bien domesticados por matemáticas perfectamente comprensibles para el intelecto humano[4].

A medida que cada vez más observadores contemplaban el firmamento bajo el nuevo paradigma, y a medida que se equipaban con nuevos y mejores telescopios, el firmamento se fue poblando de objetos tras los cuales se escondía una variedad y fenomenología que tardaría siglos en comprenderse. No es que antes no estuvieran allí, lo que ocurría era que la percepción humana disponía por fin de herramientas tecnológicas y conceptuales suficientes como para empezar a prestar atención a esos extraños objetos.

Otra panorámica del ESO en Chile. Los sistemas ópticos modernos permiten captar detalles del firmamento nocturno que hasta no hace mucho pasaban totalmente desapercibidos. | ESO/Y. Beletsky

Los nuevos observadores no pudieron seguir ignorando toda aquella fauna que aparecía, bajo la mirada de sus telescopios primitivos, como manchas blanquecinas, débilmente luminosas y de contornos imprecisos. Había muchísimas más de las documentadas en los registros históricos y su presencia en el firmamento empañaba la nitidez de la esfera celestial, pero eso ya no sorprendió a nadie ni se tuvo reparos en admitir y estudiar su presencia. Durante el s. XVIII muchas personas miraban el firmamento con la misma atención que un cazador acecha una presa en la sabana africana –y, de hecho, actualmente también-. Una de las presas más preciadas en aquella época eran los cometas y una de las personas más obsesionadas con cazar cometas fue el francés Charles Messier, quien realizó el primer catálogo de objetos celestes que podían ser confundidos con cometas.

Hoy en día puede que nos sorprenda que un observador del firmamento pueda confundir toda una galaxia como Andrómeda con un cometa, pero con los telescopios de la época de Messier los cometas también aparecían como manchas difusas en su aproximación hacia el Sol. La única forma de distinguir si se trataba de un cometa o de una nebulosa era observar pacientemente durante varias noches para comprobar si el candidato a cometa se movía respecto al fondo fijo de estrellas. A Messier le molestaba perder noches enteras de observación con un objeto que quizá al final resultara no ser un cometa. Esto implicaba perder oportunidades de pasar a la posteridad y decidió realizar un catálogo que le permitiera descartar rápidamente candidatos a cometas.

La primera versión de su catálogo fue publicada en 1774 y, curiosamente, fue precisamente el catálogo lo que permitió a Charles Messier pasar a la posteridad. La última versión que Charles Messier elaboró de su catálogo fue publicada en 1781 y contenía 103 objetos no cometarios. Posteriormente, otros astrónomos añadieron siete objetos más por lo que actualmente el catálogo Messier contiene 110 objetos catalogados. En él, hay remanentes de supernovas, como M1, la Nebulosa del Cangrejo, cúmulos estelares de varios tipos, como M19 o M34, nubes de gas hidrógeno ionizado, como la Nebulosa del Águila, o M16, y galaxias enteras como la galaxia de Andrómeda, a la que Messier le asignó el número 31 (M31).

Objeto Messier M1, Nebulosa del Cangrejo. | Wikipedia Commons.
Objeto Messier M55, cúmulo globular en la constelación de Sagitario a 17600 años luz de distancia de la Tierra. Imagen infrarroja obtenida con el telescopio VISTA del European Southern Observatory en Paranal (Chile). | ESO/J. Emerson/VISTA. Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit
Objeto Messier M16, nube de gas hidrógeno ionizado con cúmulo estelar abierto asociado a ella a 7000 años luz de la Tierra. | European Southern Observatory.
Objeto Messier M31, galaxia de Andrómeda, La Pequeña Nube. | En este enlace se puede contemplar otra espectacular vista de M31: http://www.elfirmamento.com/galeria/messier/messier/m31_andromeda_1500.html | ESO/S. Brunier

No sería hasta bien entrado el s. XX cuando se aclararía la naturaleza de todos estos objetos; para Messier simplemente eran “objetos no cometarios” porque, según su percepción, permanecían fijos respecto al fondo de estrellas. Con el paso de los años se construyeron telescopios cada vez mayores y por lo tanto con mayor capacidad para distinguir detalles en las profundidades del cielo nocturno. En 1802, el astrónomo alemán nacionalizado inglés William Herschell había elaborado su propio catálogo con más de 2500 objetos en el espacio profundo.

Este catálogo se había iniciado con el trabajo de Messier como fuente de inspiración y era fruto de dos décadas de exploración minuciosa del firmamento pero estaba lejos de ser un catálogo definitivo. A lo largo de los años siguientes, otros astrónomos tomaron el relevo de Herschell y el número de objetos astronómicos que no podían identificarse con estrellas –ni con cometas- no hizo más que crecer hasta que a finales del s. XIX su número había desbordado varias veces todas las expectativas. En 1888, el astrónomo danés Johan L. E. Dreyer y sus colaboradores publicaron, con la intención de poner un poco de orden, el New General Catalogue, en el que consiguieron reunir 7840 nebulosas. A esta primera edición siguieron ampliaciones en años posteriores y revisiones continuas[5]. La pequeña nube no estaba sola.

Bien entrada la segunda mitad del s. XIX y al mismo tiempo que se llevaba a cabo todo este esfuerzo de catalogación, imprescindible para el estudio sistemático y coordinado con diferentes grupos de astrónomos, irrumpió en el campo de la astronomía una nueva tecnología que, junto con la espectroscopía, iba a ser una herramienta imprescindible en la investigación de esos misteriosos objetos cósmicos: la fotografía[6].

¡LAS ESTRELLAS SE MUEVEN!

La fotografía aplicada a la astronomía no sólo iba a permitir crear un registro gráfico de cuanto los astrónomos observaran en el espacio sino que además gracias a ella se podrían realizar medidas que no hubieran sido posible de otro modo. Con el desarrollo de nuevas emulsiones más sensibles a la luz pudo registrarse no sólo la imagen de las nebulosas sino incluso los colores que componían su luz, es decir, algo tan etéreo como su espectro. La fotografía fue imprescindible, por ejemplo, para descubrir las estrellas variables cefeidas, descubrimiento realizado por Henrietta Leavitt en 1908 y que tendría más tarde un papel crucial en el trabajo de Edwin Hubble.

Sir William Huggins (1824-1910)

En la segunda mitad del s. XIX, gracias a estas nuevas técnicas, se hizo un descubrimiento que, a la larga, cambiaría nuestra concepción del Universo de una forma análoga a como lo hizo la revolución copernicana unos siglos antes. En 1868 el astrónomo inglés William Huggins midió la velocidad con que la estrella Sirio se alejaba de nosotros. Sus medidas resultaron no ser precisamente exactas pero demostró que la velocidad con que las estrellas se alejaban del Sol, o se acercaban a él, podía ser medida y eso animó a muchos astrónomos a medir por su cuenta la velocidad de otras estrellas.

Edmund Halley (1656-1742)

En realidad, no era un descubrimiento completamente nuevo: fue Edmund Halley quien descubrió en 1718 que las estrellas se movían, pero lo hizo a base de comparar las medidas de posición disponibles en su época de tres de las estrellas más brillantes del firmamento, Aldebarán, Arturo y Sirio, con las que había registradas en el Almagesto.

Hasta entonces, las estrellas se habían considerado fijas en el firmamento, ni siquiera Galileo o Newton habían encontrado motivos para dudar de esta suposición. Halley descubrió, después de una comparación minuciosa, que la diferencia entre la posición que se observaba en su época y la registrada en el Almagesto era tan grande que inducía a pensar en algo más que un error observacional.

Aquellas tres estrellas se habían movido. Y siendo de las más brillantes, probablemente fueran también de las más cercanas y, por lo tanto, de las que mejor se podría medir su desplazamiento. Es decir, era razonable suponer que el resto de estrellas también se movieran. Sin embargo, estudiar su movimiento iba a ser algo complicado si había que esperar cientos o miles de años para poder comparar registros. Lo que hizo el astrónomo William Huggins fue estudiar la luz que llegaba de Sirio de una forma nueva: la hizo pasar a través de un sistema óptico llamado espectroscopio.

El espectroscopio más sencillo es un simple prisma: si hacemos pasar luz a través de un prisma éste hace que la luz se descomponga en los colores que la forman. Estudiando esta descomposición se puede saber si el objeto que emite la luz se mueve respecto a nosotros.

Un prisma dispersando luz blanca
Jugando con un CD también se puede descomponer luz blanca en sus diferentes componentes. | Copyright: Víctor Guisado Muñoz (foto del autor).

De la misma forma que el sonido emitido por objetos en movimiento respecto a la persona que los oye tiene unas características que revelan si el objeto se acerca o se aleja –más agudo en el primer caso, más grave en el segundo-, así mismo ocurre con la luz que emiten. A las velocidades y circunstancias con las que estamos acostumbrados a tratar en nuestro entorno terrestre estos efectos son normalmente inapreciables en lo que a la luz se refiere, pero no ocurre lo mismo con los objetos astronómicos. Tal y como intuyó Halley, en el cosmos todo está en movimiento, no sólo la Luna, los cometas y las errantes, también las estrellas “fijas”, y las velocidades a las que se mueven todos estos objetos suelen ser varios órdenes de magnitud más altas que las que se dan en la habitualmente cómoda superficie de la Tierra. A esas velocidades, los cambios en la luz debidos al movimiento sí se pueden medir. La luz no se vuelve más aguda o más grave sino más violeta o más roja –según se acerque o se aleje de nosotros el objeto que estudiemos- y los astrónomos pueden medir este cambio y deducir la velocidad correspondiente.

Los espectros de emisión de varios elementos químicos son como sus huellas dactilares. | astro.rug.nl
Aquí podemos ver el espectro de absorción de varias estrellas. Las líneas más oscuras son las líneas de absorción. A través de ellas se pueden localizar diferentes elementos químicos en las atmósferas estelares. Son algo así como el negativo de los espectros de emisión.
Midiendo el desplazamiento de las líneas espectrales se puede deducir la velocidad a la que se acerca o se aleja el emisor. Redshifted, desplazado hacia el rojo, corresponde a un emisor que se aleja; blushifted, desplazado al azul, corresponde a un emisor que se acerca.

Naturalmente, hay que aprender a hacer las medidas de una forma correcta, y eso, cuando el único maestro que tienes es el aprender de tus propios errores, lleva unos años. Según William Huggins, Sirio se alejaba de nosotros a unos 40 kilómetros por segundo. Las medidas actuales apuntan a que Sirio se acerca a nosotros a unos 7 kilómetros por segundo. Pero estos detalles tienen una importancia relativa: lo importante es que los astrónomos empezaron a medir velocidades de estrellas, y con eso abrieron la puerta a una comprensión nueva del cosmos que iba a llegar después de varias oleadas sucesivas de sorpresas.

¡Y LAS GALAXIAS MÁS!

La primera de ellas ocurrió en 1913, cuando un astrónomo llamado Vesto Melvin Slipher consiguió medir, después de años de trabajo, la velocidad de la nebulosa M31, ya saben: el objeto número 31 del catálogo Messier, al que hoy en día también podemos referirnos como galaxia de Andrómeda.

Vesto Melvin Slipher (1875-1969)

Según los datos de Slipher, la nebulosa M31 se acercaba a nosotros a una velocidad de 300 kilómetros por segundo. En aquella época, Slipher trabajaba en el observatorio Percival Lowell y no tardó en aplicar las técnicas que había utilizado para estudiar la luz de M31 a otras nebulosas del mismo tipo. En agosto de 1914, Slipher había estudiado ya la luz de 15 nebulosas y presentó sus resultados en el congreso de la Sociedad Americana de Astronomía[7]. La mayoría de medidas realizadas por Slipher podía asociarse a velocidades radiales de recesión –una excepción precisamente era la primera que había obtenido, la correspondiente a M31, que correspondería a una velocidad de aproximación–. Lo que era aún más importante: la mayoría eran velocidades mayores o como mínimo más o menos iguales que la correspondiente a M31. Un par de nebulosas parecían alejarse de nosotros a 1000 y a 1100 kilómetros por segundo, respectivamente.

Tabla de velocidades de Slipher. Datos obtenidos por Slipher. Como se puede observar, hay un pequeño gazapo: no es 300 km, es 300 km/s. (Captura de pantalla del artículo original Spectrographic observations of nebulae, Publicado en Popular Astronomy, XXIII, pag. 21-24, 1915). | Crédito: Captura de pantalla del artículo original Spectrographic observations of nebulae, Publicado en Popular Astronomy, XXIII, pag. 21-24, 1915

Estos datos eran muy desconcertantes porque nunca se habían medido velocidades tan altas. La correspondiente a las estrellas era de unas decenas de kilómetros por segundo en todos los casos conocidos, es decir, uno o dos órdenes de magnitud inferior. ¿Cuál era la naturaleza real de los objetos que Slipher y otros estudiaban con ahínco? ¿Formaban parte del mismo sistema del que formaba parte nuestro Sol y las estrellas que lo rodean?

Ya en aquella época hacía tiempo que no todas las máculas del firmamento eran iguales. Con la mejora en los telescopios y en los métodos de observación, los astrónomos habían empezado a distinguir sutiles diferencias entre ellas y sospechaban que tras el nombre genérico de nebulosas se escondían fenómenos muy diferentes. Herschell había bautizado como nebulosas planetarias a aquellas que aparecían bajo la mirada de los telescopios de la época como una estrella tenue envuelta en un halo difuso. Esta configuración, les hizo creer a él y a otros astrónomos de la época que se trataba de sistemas solares equivalentes al nuestro en los primeros estadios de su formación. Se equivocaron. En realidad, las nebulosas planetarias no son sistemas solares incipientes sino más bien todo lo contrario: hoy en día se sabe que en realidad son los restos de estrellas que han llegado a sus últimos días y han sufrido una serie de procesos violentos que han desembocado en la expulsión de la mayor parte de su envoltura externa hacia el espacio. Cuando en el s. XIX se consiguió medir la velocidad a la que este tipo de nebulosas se acercaban o alejaban de nosotros se comprobó que en todos los casos era parecida a la que se medía para las estrellas.

Galaxia de Andrómeda fotografiada en 1899 por Isaac Roberts. Hasta 1913 no se consiguió realizar medidas en su espectro. | Public domain photo of from A Selection of Photographs of Stars, Star-clusters and Nebulae, Volume II, The Universal Press, London, 1899

Existía otro tipo de nebulosas en el firmamento, de luz mucho más difusa y por lo tanto mucho más difícil de estudiar. Eran las nebulosas espirales y era este tipo el que estudiaba Slipher. Él fue el primero en conseguir realizar medidas en el espectro de estas nebulosas, aunque otros astrónomos no tardaron en corroborar sus resultados. Aun y así, los números que obtenían eran tan sorprendentes que hubo algunos que pusieron en duda que el hecho de que la luz se volviera más roja o violeta –o, como dirían los astrónomos, el espectro se desplazara al rojo o al violeta- se debiera a una velocidad de recesión o de aproximación. Quizá, propusieron, las capas más externas de estos objetos se contraían o se expandían, como en algunas estrellas pulsantes. Otros consideraron que la interpretación de los datos de Slipher como velocidades de recesión o aproximación era fiable y publicaron artículos al respecto.

Entre estos últimos se cuentan Truman, Young y Harper, que incluso se aventuraban a afirmar que los mismos parecían corroborar la hipótesis de que la galaxia se movía con sus propios movimientos aleatorios entre el conjunto de espirales. La lectura de los artículos de Truman, Young y Harper revela que en ellos no hay germen alguno que luego derivara en la concepción moderna del Universo, excepto quizá el hecho de que veían las nebulosas espirales como objetos extragalácticos –cosa que en aquella época era aún objeto de controversia-, pero tanto en un caso como en otro consideraban que se movían de forma aleatoria. Truman se pregunta en su artículo si no será cierta la hipótesis de Slipher de que las nebulosas espirales se mueven de canto y Harper y Young llaman Universo a nuestra galaxia[8]. Aún quedaba un largo trecho por recorrer. El consenso en la comunidad de astrónomos estaba lejos aún porque había una gran incertidumbre sobre la naturaleza de las nebulosas y, principalmente, sobre la distancia que las separaba de nosotros.

Poco después de que Harper, Young y Truman publicaran sus respectivos artículos, en las ecuaciones con las que se estudiaba la velocidad de estos objetos el astrónomo Paddock, del observatorio Lick, introdujo un término K en el que poder recoger todos los efectos no debidos al desplazamiento sino a fenómenos desconocidos que pudieran producirse en ellos, como, por ejemplo, la contracción o expansión de sus capas externas. A partir de entonces, todos los artículos publicados sobre el tema incluirían ese término. Sin embargo, siguió sin alcanzarse un consenso.

Estos desplazamientos espectrales eran el material con el que realizaban sus medidas los astrónomos de la época. Están tomados del libro de Edwin Hubble The Realm of the Universe publicado en 1936. Las primeras líneas del pie de foto rezan: “Las flechas sobre el espectro de las nebulosas apuntan a las líneas H y K del calcio y muestran cuánto están desplazadas estas líneas hacia el extremo rojo del espectro. El espectro de comparación corresponde al del helio.” | Crédito: captura de pantalla realizada por el propio autor.

A partir de los primeros años de 1920 empieza a sospecharse que podía haber alguna relación entre la lejanía de las nebulosas y su velocidad de recesión. En 1922 el astrónomo Adriaan van Maanen llegó a la conclusión de que las nebulosas más alejadas de nosotros tenían también una velocidad de recesión mayor. Se basó en una premisa tan sencilla y cotidiana como que cualquier objeto se ve cada vez más pequeño a medida que se aleja del observador, supuso que todas las nebulosas espirales observadas, o al menos la mayoría, tenían el mismo tamaño estándar y las agrupó en tres conjuntos: las que ocupaban más de 10’ de arco en el firmamento, las que ocupaban menos de 5’ y las que estaban entre ambos extremos. Observó que las del primer grupo, las supuestamente más cercanas pues aparentaban ser las más grandes, se alejaban de nosotros a una velocidad media de 339 km/s, las del grupo intermedio a 474 km/s y las aparentemente más lejanas a unos 826 km/s. Evidentemente, la premisa de la cual partía condenaba las conclusiones a las que llegaba a no ser más que un indicio y no la conclusión definitiva de esta historia. En 1925, a Knut Emil Lundmark se le ocurrió la idea de que el término K podía ser en realidad una función cuadrática de la distancia en lugar de una constante. De la génesis de la idea nos encargaremos más adelante.

De momento bastará recordar que una función cuadrática es lo mismo que un polinomio de grado dos como los que se estudian en secundaria –o se estudiaban, quizá actualmente se considere que no hay que torturar a los pobres alumnos con cosas tan complicadas como un polinomio de segundo orden-. Su representación es muy sencilla: K=k+lr+mr^2, donde r es la distancia a la nebulosa estudiada. Lundmark obtuvo un valor para m muy pequeño e interpretó sus resultados como que tiene que haber un valor límite en la velocidad de recesión de las nebulosas.

Edwin Powell Hubble (1889-1953)
Milton Humason (1891-1972)

El terreno ya estaba preparado para que pocos años después, en 1929, Hubble publicara, después de retenerlo durante un año, su primer artículo sobre el tema: A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae[9]. En él sigue el procedimiento matemático habitual para tratar los datos pero introduce una innovación fundamental: decide despreciar el término correspondiente a r2 y trabajar con un término K proporcional a r, simplemente. Como resultado, obtiene lo que hoy en día se conoce como ley de Hubble: la velocidad de recesión de las nebulosas extragalácticas es directamente proporcional a la distancia que nos separa de ellas. En un entorno local, es decir, pequeño comparado con el resto del Universo, podía ocurrir que se impusiera la fuerza de atracción gravitatoria y las galaxias se acercaran en lugar de alejarse una de otra –eso es precisamente lo que ocurre entre nuestra galaxia y la de Andrómeda-, pero a grandes distancias la tendencia a la separación se impone y la velocidad de recesión es directamente proporcional a la distancia: cuanto más lejos, más deprisa se aleja la nebulosa extragaláctica correspondiente.

Localización del planeta Tierra en el Universo. En el quinto bloque se puede ver nuestra galaxia situada respecto al resto de galaxias del entorno local.

Antes de seguir me gustaría hacer dos comentarios. El primero es respecto a las palabras “entorno local”: la distancia que nos separa de la galaxia de Andrómeda es de unos dos millones y medio de años luz, es decir, una distancia tal que la luz, viajando como viaja a su increíble velocidad de 300000 km/s, tardaría en recorrer dos millones y medio de años; es una distancia inimaginablemente grande para cualquier actividad cotidiana, como la de ir a comprar el pan, por ejemplo, y a mucha gente puede que le de miedo –y lo digo por experiencia-, pero a nivel cosmológico una distancia semejante no es más que un tiro de piedra y todo lo que quede comprendido en ese tiro, e incluso un poco más allá, forma parte del entorno local, el vecindario, y los efectos gravitatorios predominan sobre los de recesión. El segundo es sobre el nombre “nebulosa extragaláctica”: el lector avispado habrá notado que el autor de estas líneas ha introducido sin previo aviso un nuevo tipo de nebulosa. Que no cunda el pánico más allá de lo razonable. El propio Hubble había demostrado en un artículo de 1925 que las nebulosas espirales eran objetos extragalácticos: se trataba de lo que hoy llamamos “galaxias”. El artículo de 1925 de Hubble zanjó el debate que había abierto entre los astrónomos aún en aquella época al respecto y allanó el terreno para su trabajo posterior.

Volverá a salir más adelante. De momento, este texto seguirá anclado alrededor del artículo que Hubble publicó en 1929 porque la intención del autor es dar más detalles al respecto de los que ha dado hasta ahora, intención que quizá abrume a algunos lectores pero que el autor cree imprescindible para divulgar no sólo el conocimiento científico sino también el largo, arduo y laborioso camino que lleva hasta él. Como decía Tucídides: “Hay que escoger: descansar o ser libres”, y no es la intención de este autor hacer descansar a sus lectores.

Como se puede observar en la tabla siguiente, extraída directamente del artículo de Hubble de 1929, la lista de nebulosas se ha ampliado respecto a la de Slipher y el valor de algunas de las velocidades es diferente:

TABLA 1 – DATOS DE HUBBLE DE 1929: datos hubble 1929 Pie de foto: Datos utilizados por Hubble en el artículo de 1929 (captura de pantalla a partir del artículo original de 1929). | Crédito: Captura de pantalla a partir del artículo original de 1929.

Hubble, con el telescopio más grande del mundo en aquellos años a su disposición, el Hooker del observatorio de Monte Wilson, no se había limitado a usar los datos publicados por Slipher, como habían hecho otros astrónomos, sino que los había reelaborado con ayuda de Humason, su asistente en aquella época en Monte Wilson. En el artículo explica que hay disponibles velocidades radiales de 46 nebulosas pero el propio Hubble admite que sólo dispone de distancias fiables para 24 de ellas. Primero realiza los cálculos para las 24 nebulosas, luego las agrupa en 9 grupos y vuelve a realizar los cálculos tomando cada uno de los grupos como antes había tomado las nebulosas individuales. Obtiene dos valores diferentes para la constante de proporcionalidad, pero lo suficientemente similares como para que sus barras de error asociado se solapen, tal y como puede apreciarse en la siguiente tabla, tomada directamente del artículo de Hubble:

TABLA 2 – DOS VALORES PARA K: dos valores para k Pie de foto: El parámetro K acabará convirtiéndose en la constante de Hubble de nuestros días. (Captura de pantalla a partir del artículo original de Hubble de 1929). | Crédito: Captura de pantalla a partir del artículo original de Hubble de 1929.

En esta tabla, el término K es en realidad la constante de proporcionalidad entre la velocidad de recesión y la distancia a la que se encuentra la nebulosa y es lo que en el futuro se conocería como constante de Hubble. Como se puede observar, con la primera forma de tratamiento de los datos, Hubble obtuvo un valor de 465±50 km/s/Mpc y con la segunda uno de 513±60 km/s/Mpc. Estas cifras están expresadas en kilómetros por segundo por megapársec, es decir, las nebulosas extragalácticas se alejarían de nosotros, en promedio, a unos 500 kilómetros por segundo por cada megapársec de distancia que nos separara de ella. El pársec es una unidad de medida de longitud que se usa en Cosmología. Equivale aproximadamente a 3.26 años luz, por lo tanto un megapársec (Mpc) será 3.26 millones de años luz. La siguiente ilustración está tomada directamente del artículo de Hubble y es la representación gráfica de los datos manejados por Hubble y de la metodología empleada:

PRIMER GRÁFICO 1929: grafica1929-Hubble | Crédito: Captura de pantalla a partir del artículo original de Hubble de 1929

En el mismo artículo, Hubble anuncia el inicio de un programa exhaustivo de observación en el que Humason se encargaría de tomar medidas de desplazamientos espectrales, es decir, se encargaría de medir las velocidades de aproximación o de recesión, con el objetivo de ampliar los datos disponibles. El fruto de estas medidas se materializaría en un nuevo artículo publicado en 1931, The velocity-distance relation among extragalactic nebulae, Astrophysical Journal, vol. 74, p.43, en el que el número de datos ha crecido mucho[10]. El nuevo valor obtenido para la constante de proporcionalidad es de 558 km/s/Mpc y la representación gráfica de los datos puede verse en la siguiente figura, tomada directamente del artículo de Hubble y Humason:

SEGUNDO GRÁFICO 1931: grafica1931-Hubble-Humason Crédito: Captura de pantalla a partir del artículo original de Hubble de 1931.

Antes de pasar al siguiente capítulo de esta historia, no estará de más resaltar un detalle de cierta relevancia. Si se comparan los dos artículos, salta a la vista que el de 1931 es mucho más exhaustivo y elaborado que el de 1929. El autor de estas líneas opina que hay motivos para pensar que en esta exhaustividad no sólo cuenta el hecho de que Hubble disponía de más datos a la hora de la elaboración del artículo publicado en 1931, también puede tener su importancia el hecho de que uno de los pocos astrónomos que se había atrevido a criticar seriamente el trabajo de Hubble de 1929 había sido Harlow Shapley, y ante el escepticismo de Shapley es muy probable que Hubble, con su personalidad competitiva forjada en los terrenos deportivos, se creciera y estuviera ansioso por ofrecer al contrario una respuesta contundente, abrumadora y totalmente irreprochable. Y, por supuesto, siempre sin aparentar el más mínimo esfuerzo y siendo fiel al más estricto fair play, como mandan las normas de los gentlemen ingleses.

¿EN QUÉ CLASE DE UNIVERSO VIVIMOS?

Vamos a analizar ahora la motivación de Edwin Hubble para realizar la investigación que cuajó en los artículos de 1929 y 1931. Para entender lo que impulsaba a Hubble hay que saber primero cuáles eran las preguntas más acuciantes que poblaban la mente de los físicos teóricos de la década de 1920, al menos en lo referente a la astronomía. A su vez, para entender estas preguntas hay que comprender cuál era la visión del Cosmos que tenían los físicos a principios del s. XX. Copérnico, Galileo Galilei, Kepler, Newton y tantos otros habían obligado a revisar la visión que el ser humano tenía de sí mismo en el Universo.

A finales del s. XIX y principios del XX estaba ya claro desde hacía algún tiempo que el Sol, la estrella alrededor de la cual orbita la Tierra, era una más entre incontables de diferentes tipos y tamaños, que las estrellas no se distribuían uniformemente por el espacio sino que se agrupaban formando lo que hoy en día llamamos galaxia, y que no estaban quietas: orbitaban alrededor del núcleo de la galaxia. A pesar de todo este conocimiento acumulado después de muchos años de paciente y laboriosa observación y análisis, quedaba todavía mucho camino por recorrer para llegar a nuestro nivel actual de conocimiento –o de ignorancia, como diría Sócrates-. La situación queda bien reflejada en la siguiente cita, de Agnes Clerke[11]:

Agnes Mary Clerke (1842-1907)

No competent thinker, with the whole of the available evidence before him, can now, it is safe to say, maintain any single nebula to be a star system of coordinate rank with the Milky Way. A practical certainty has been attained that the entire contents, stellar and nebular, of the sphere belong to one mighty aggregation, and stand in ordered mutual relations within the limits of one all-embracing scheme –all-embracing that is to say, so far as our capacities of knowledge extend. With the infinite possibilities beyond, science has no concern.

La traducción de la primera frase sería algo así como: “Se puede afirmar con certeza que ningún pensador competente, con toda la evidencia disponible ante él, puede hoy en día sostener que nebulosa alguna sea un conjunto de estrellas de rango similar a nuestra Vía Láctea”.

Agnes Clerke no era una astrónoma con un pensamiento anticuado para su época: estaba expresando en estas líneas el parecer predominante entre sus contemporáneos, a pesar de que el filósofo Immanuel Kant en 1755 había publicado una obra en la que aventuraba la hipótesis de que aquellas nebulosas vagamente elípticas y de débil luminosidad que podían atisbarse en el firmamento podían ser agrupaciones de estrellas como nuestra Vía Láctea, es decir, podía tratarse de auténticos “universos isla” separados por inconmensurables espacios vacíos[12].

La visión del Cosmos que tenía Kant pasó prácticamente inadvertida. Hasta bien entrado el s. XX no sólo no se tenía clara aún cuál era la naturaleza de buena parte de las nebulosas sino que la opinión de la mayor parte de astrónomos era que se trataba de objetos que pertenecían a nuestra propia galaxia. Más allá de nuestra galaxia: el vacío. Citando una vez más a la señora Clerke – en una traducción libre-: Las infinitas posibilidades que hay más allá [de los límites de la galaxia] no conciernen a la ciencia… -los puntos suspensivos son un añadido del autor de la traducción…-

La situación reflejada en el escrito de la Sra. Clerke estaba a punto de cambiar. En 1917, Einstein publicó su teoría de la Relatividad General (RG)[13], lo que permitió a los físicos pensar en el Cosmos a una escala como nunca antes habían pensado, pero con las herramientas matemáticas meramente no fue suficiente para cambiar de paradigma. Era necesario cuantificar con precisión las observaciones –sobre todo, las distancias a aquellos difusos objetos que eran las nebulosas- para aportar pistas con las que poder discriminar entre los diferentes modelos que se derivaron de las ecuaciones de campo de Einstein.

De izquierda a derecha, alguno de los protagonistas de esta historia: Milton Humason, Edwin Hubble, Charles St. John, Albert Michelson, Albert Einstein, William W. Campbell y Walter Adams durante la visita que realizó Einstein en 1931 al Monte Wilson.

¿Cuáles eran estos modelos? En lo que a Universos estáticos se refiere, sólo cabía contemplar dos posibilidades: la solución A, propuesta por el propio Einstein, y la B, propuesta por de Sitter[14]. Ambos consideraban el espacio isótropo y homogéneo y, lo que era aún más importante, consideraban un Universo estático, es decir, un Universo en equilibrio que no evolucionaba con el tiempo, un Universo en el que hubiéramos podido viajar hacia delante o hacia atrás en el tiempo y no hubiéramos apreciado cambio alguno –a escala cosmológica.

La diferencia principal entre ambos era que la solución A, la de Einstein, describía un Universo dominado por materia y la B, la de de Sitter, describía un Universo vacío. En un principio puede parecer ridículo molestarse en calcular y estudiar un modelo cosmológico en el que no se tenga en cuenta a la materia, como si no existiera. Podría alegar el autor de semejante estudio que la materia está sobrevalorada desde nuestra perspectiva humana. Lo que alegó De Sitter fue que había que entender su Universo como una aproximación a un Universo prácticamente vacío, un Universo en el que el contenido de materia fuera totalmente despreciable.

¿Es realmente tan importante la materia a escala cosmológica? A pesar de las apariencias, y de su importancia particular para los seres humanos, dado lo enorme que es el Universo, quizá no haya tanta como para contar tanto. | Copyright: Víctor Guisado Muñoz (foto del autor).

Sorprendentemente, el modelo de De Sitter tenía una ventaja crucial frente al de Einstein: predecía desplazamientos espectrales hacia el rojo entre diferentes masas de prueba suficientemente alejadas en el Cosmos, cosa que el de Einstein no podía prever. ¿Hace falta decir que este detalle no pasó desapercibido para los astrónomos que trabajaban noche y día intentando explicar los desplazamientos espectrales tan grandes de las nebulosas espirales?

Los dos únicos puntos que quedaban por aclarar eran, por una parte, si toda la materia que se podía observar era realmente poco importante en comparación con el volumen del Universo y, por otra parte, si los desplazamientos al rojo que preveía de Sitter eran los desplazamientos al rojo que se observaban en la mayoría de las nebulosas espirales.

La solución de Einstein, en cambio, describía un Universo dominado por la materia, lo cual ciertamente parecía un buen punto de partida para describir la realidad. Sin embargo, fallaba a la hora de explicar los desplazamientos al rojo, no podía preverlos, no tenía explicación para ellos, y eso era desconcertante, sobre todo si se detectaban por doquier en cuanto observabas el Cosmos con un buen espectrómetro conectado a un telescopio. Aun y así muchos astrónomos se decantaban por la solución de Einstein con la esperanza de que los desplazamientos pudieran explicarse más adelante a partir de algún fenómeno físico que se diera a nivel local en las nebulosas y no fuera necesario recurrir a una explicación global de nivel cosmológico.

Hubble entró en este debate con la intención de aportar criterios cuantitativos que permitieran escoger entre un modelo u otro sobre una base científica. En un artículo firmado por Humason en 1929, Hubble deja clara su intención de observar las galaxias más débiles y lejanas para determinar si el espectro de estos objetos se desplaza hacia el rojo tal y como prevé el modelo de De Sitter[15]. Y en uno de los párrafos finales de su artículo de 1929 podemos leer:

Parrafo final Hubble 1929 | Crédito: Captura de pantalla a partir del artículo original de Hubble de 1929.

El propio Hubble considera la posibilidad de estar midiendo el efecto de Sitter como la característica más importante de su trabajo. Hay que remarcar también que no habla de expansión del Universo sino de dispersión (scatter) de la materia. Y no deben pasar desapercibidas, tampoco, las últimas líneas, en las que considera la relación lineal encontrada como una primera aproximación que deberá ser puesta a prueba extendiendo el rango de distancias[16].

Si otro astrónomo hubiera expresado tan claramente sus intenciones, el resto de sus colegas quizá le hubieran tildado de pretencioso, pero se trataba de Hubble: el hombre que, gracias a sus observaciones de estrellas cefeidas en la galaxia de Andrómeda, había contribuido de forma decisiva a dejar prácticamente zanjado el debate entre Curtis y Shapley sobre si ciertos tipos de nebulosas eran objetos extragalácticos o no.

En 1890, la señora Clerke y la mayoría de sus contemporáneos tenía muy claro cuál era la imagen que una persona de sentido común debía tener del Universo. Pero a medida que avanzaban las observaciones en los primeros años del s. XX la posibilidad de que cierto tipo de nebulosas fueran “islas universo” del mismo rango que la nuestra, tal y como había propuesto Kant, fue ganando adeptos. Las posturas fueron definiéndose a lo largo de los años y acumulando lo que cada uno de los bandos interpretaba como evidencias observacionales que respaldaban su propia postura. En 1920 la controversia cristalizó en un debate celebrado en el auditorio Baird del Museo Smithsonian de Historia Natural entre Harlow Shapley y Heber D. Curtis[17].

El gran debate: ¿forma parte todo lo que observamos a través de nuestros telescopios de nuestra galaxia o bien hay otras islas universos de rango semejante al nuestro aislados todos ellos por grandes espacios vacíos? | En la imagen: el cúmulo de Virgo. A. Soffiantini

Shapley presentó argumentos a favor de la tesis según la cual todas las nebulosas formaban parte de nuestra galaxia, fueran del tipo que fueran, y Curtis presentó argumentos que favorecían la tesis contraria: las nebulosas espirales eran agrupaciones de estrellas del mismo rango que nuestra Vía Láctea. En los primeros años de la década de 1920, Hubble descubrió estrellas cefeidas en la nebulosa M31 y utilizó la relación entre el periodo de estas estrellas y su luminosidad, descubierta por Henrietta Swan Leavitt en 1908[18],[19], para demostrar que la distancia a la que se encontraban excedía con creces la que había propuesto Shapley para el tamaño de la Vía Láctea. Aquellas estrellas, por la luminosidad que debían tener, deducida a partir de su periodo, no podían ser tan débiles como parecían a no ser que se encontraran a una distancia auténticamente enorme.

Hubble publicó su trabajo en 1925[20] y las observaciones posteriores no hicieron más que confirmar la interpretación de sus resultados: las nebulosas espirales eran galaxias del mismo rango que la nuestra, nuestra Vía Láctea no era más que una más entre muchas otras. Las nebulosas espirales, y otras, eran nebulosas extragalácticas. Los seres humanos tenían que pasar de pensar en multitud de estrellas cuando pensaban en el Universo, a multitud de galaxias –al menos los seres humanos que pensaban.

Fotografía aérea del observatorio de Monte Wilson. | mtwilson.edu

Con estos antecedentes, Hubble empezó un programa de investigación con el que pretendía dotar de fundamentos numéricos a la Cosmología, es decir, al estudio del Universo a gran escala. El resultado fue el artículo publicado en 1929 y mencionado anteriormente. Ante las críticas que recibió por parte de Shapley, cabe citar el siguiente fragmento de la respuesta de Hubble:

“My paper, you will realize, is merely a preliminary correlation of the data available and makes no claims to finality. In a few years we should have sufficient new data to re-examine the question in a comprehensive manner. I believe that a relation will still be found but whether it will be linear is perhaps an open question.”[21]

Mi artículo, como verá usted, es meramente una correlación preliminar de los datos disponibles y no hace ninguna afirmación de carácter definitivo. En pocos años deberíamos tener datos suficientes para volver a examinar la cuestión de una forma integral. Creo que seguirá encontrándose una relación pero si ésta seguirá siendo linear es una cuestión abierta.

Es evidente la prudencia con que Hubble contempla sus propios resultados. No parece haber intención alguna de pretender arrogarse el mérito de haber descubierto un Universo en expansión. Puede que Hubble conociera el trabajo de Georges Lemaître publicado en 1927, y del cual hablaremos en detalle un poco más adelante, pero el autor de estas líneas no cree que lo conociera con precisión suficiente, ni tuviera disponible la referencia –o al menos no ha encontrado pruebas de ello-, como para mencionarlo en el artículo de 1929. Conocía con mayor precisión el trabajo de de Sitter, que fue el que mencionó, tal como se ha citado antes[22]. A juzgar por los registros escritos, Hubble no pretendió más que se reconociera que él y Humason, trabajando con el telescopio de Monte Wilson, habían sido los primeros en proporcionar resultados numéricos fiables a la discusión sobre modelos cosmológicos. Incluso después de la publicación de su artículo de 1931 dejaba la interpretación de su trabajo en manos de los “pocos competentes para discutir de la materia con autoridad”, tal y como se puede leer en este fragmento de una carta que dirigió a de Sitter el mismo año 1931:

[Humason and I] use the term ‘apparent’ velocities in order to emphasise the empirical features of the correlation. The interpretation, we feel, should be left to you and the very few others who are competents to discuss the matter with authority[23]

Si Einstein proporcionó herramientas para pensar el mundo a una escala cosmológica con su teoría de la RG, se podría decir que Hubble, junto con Humason, fue el primero en proporcionar números que permitieran discutir empíricamente el Cosmos que empezaba a vislumbrarse. No era la primera vez que ocurría en la historia de la Física: fenómenos marginales, despreciables desde el punto de vista del paradigma preponderante, se acaban convirtiendo en una bomba intelectual que estalla en nuestras narices y condicionan todo el desarrollo posterior. Unos objetos astronómicos, las nebulosas, que habían pasado casi totalmente desapercibidos durante la mayor parte de la Historia, se habían convertido en la primera mitad del s. XX en los protagonistas, silenciosos e impasibles, de una revolución científica.

PREDECESORES DE HUBBLE

En 1927, Georges Lemaître publicó un trabajo en el que proponía una forma alternativa de resolver las ecuaciones de Einstein[24]. El modelo de Lemaître describía un Universo que no era estático sino que se expandía y en el que a consecuencia de esta expansión un observador vería alejarse todos los objetos que no estuvieran ligados a él mediante algún tipo de fuerza, como la gravitatoria o la eléctrica. Como consecuencia de este alejamiento detectaría un desplazamiento al rojo en los espectros de cuerpos luminosos suficientemente alejados. Lamentablemente, el trabajo de Lemaître fue casi totalmente ignorado cuando se publicó –el que estuviera publicado en francés en una revista poco conocida no ayudó a su difusión- y estuvo a punto de seguir la misma suerte que el trabajo de Alexander Friedman, físico y matemático ruso que en 1922 había llegado ya a las mismas ecuaciones a las que había llegado Lemaître.

Georges Henri Joseph Édouard Lemaître (1894-1966)

El trabajo de Lemaître fue redescubierto, se le otorgó la importancia que merecía y en 1931 fue reeditado en inglés. En esta reedición faltaban algunos fragmentos que sí aparecían en la primera versión de 1927 pero no fue Hubble quien censuró el artículo como algunos han pretendido… ¡sino el propio Lemaître! El motivo, quizás, fuera que los datos que utilizaba en el artículo, del propio Hubble y de Strömberg, estaban ya anticuados en 1931[25].

Otro investigador que derivó una relación en la que el desplazamiento espectral se relacionaba linealmente con la distancia de la fuente al observador fue H. P. Robertson, físico y matemático quien en un trabajo publicado en 1928 daba un valor para la constante de proporcionalidad de 460±40 km/s/Mpc –la estimación de error es de John Huchra- a partir de la combinación de medidas de distancias a galaxias tomadas por Hubble con medidas de velocidades tomadas por Slipher.

Willem de Sitter (1872 – 1934)

El propio De Sitter, con los datos que tenía a su disposición, publicó en 1930 su propio estudio de la relación entre el desplazamiento espectral y la distancia de la fuente al observador[26]. Las conclusiones de este estudio le llevaron a admitir que las dos únicas soluciones de las ecuaciones de campo de Einstein que describían un Universo estático no eran capaces de explicar los “hechos observados”, y en consecuencia había que relegarlas en favor de otro tipo de modelos. Al final del artículo menciona el modelo de Lemaître y expresa su intención de discutirlo en más detalle en un artículo específicamente dedicado.

¿POR QUÉ HUBBLE?

Hubble no se limitó a las velocidades calculadas por Slipher u otros investigadores sino que desarrolló su propio programa de investigación. El equipamiento de Slipher en el observatorio Lowell se había quedado ya desfasado a mediados de la década de 1920 frente al telescopio de 100 pulgadas del observatorio de Monte Wilson –en aquel momento, el telescopio de Monte Wilson era el más grande del mundo-. Hubble trabajó en tándem junto con Humason: el primero se encargaba de medir distancias, mediante cefeidas y suponiendo magnitudes máximas, y el segundo de medir velocidades. En el momento de la publicación, Hubble poseía la velocidad radial de 46 galaxias y lo que él consideraba distancias precisas a 24 de ellas. Y éste era un punto crucial: la distancia. Antes de que Hubble publicara su trabajo sobre el descubrimiento de cefeidas en M31, los únicos indicadores de distancia eran las crudas estimaciones relacionadas con la magnitud aparente de los objetos observados y su magnitud absoluta, que sólo podía suponerse.

Con estos métodos, era muy difícil que toda la comunidad de astrónomos llegara a un consenso sobre la distancia. La introducción por parte de Hubble de las cefeidas en el análisis de distancias introducía un elemento de objetividad en la discusión y establecía los cimientos de lo que en el futuro sería la escala de distancias cósmicas (Cosmic Distance Scale). Además, el análisis que hace de los datos recopilados es el mejor que se ha hecho hasta aquel momento y, por si fuera poco, él y Humason continúan trabajando y publican en 1931 un nuevo artículo en el que corroboran las conclusiones obtenidas en su trabajo anterior con muchas más nebulosas y más lejanas.

Se podría afirmar que en Monte Wilson confluyó el mejor equipo técnico disponible en la época junto con el rigor y la perseverancia del trabajo llevado a cabo por Hubble y Humason.

Por si fuera poco, el trabajo de Hubble y Humason irrumpe en la palestra en un momento crucial en el que se debate sobre cuál de los dos modelos de Universo, el A o el B, Einstein o de Sitter, puede explicar mejor las observaciones y cuando Hubble tiene ya ganado un gran prestigio como investigador de nebulosas. El propio de Sitter anuncia en su trabajo de 1930 que hay que abandonar los modelos de Universo estáticos y admite que el modelo de Lemaître es una opción a tener en cuenta. También Einstein, un día antes de su visita a Pasadena en 1931, realiza unas declaraciones en las que afirma que el trabajo de Hubble y Humason apunta a que hay que abandonar los modelos de Universo estático. Además dice que el modelo de Lemaître encaja bien en el marco de la Relatividad General.[27]

Al respecto de esto último, no hay que olvidar que Lemaître era un teórico que utilizó datos recopilados por otros para ajustar parámetros en su modelo. Ciertamente un nombre alternativo para el término K pudiera haber sido constante de Lemaître-Hubble, pero el trabajo de Lemaître pasó desapercibido en unos años cruciales para la mayoría de físicos –aunque fuera redescubierto más tarde- y Hubble dejó en Monte Wilson un equipo de colaboradores –Humason, Sandage, Mayall- que siguió trabajando durante muchos años en la determinación precisa de lo que era la constante de proporcionalidad entre velocidad y distancia, y que acabaría llamándose tasa de expansión y, finalmente, constante de Hubble.

En cualquier caso, los datos numéricos en aquel preciso momento eran como agua de mayo, y fueron Hubble y Humason quienes los aportaron. Los datos numéricos formaban un diván de cómodo respaldo donde recostarse y empezar a pensar en Universos dinámicos.

Se podría decir que Hubble había cumplido su objetivo de aportar datos para poder decidir: entre Einstein y de Sitter el escogido había sido… Lemaître.

La expansión del Universo no consiste en la dispersión de su contenido por un espacio cada vez mayor. La expansión del Universo es la dilatación del propio espacio-tiempo. A gran escala, esta dilatación tiene como efecto que cualquier observador percibe cómo se va quedando solo en el Universo, es decir, cómo todas las galaxias que lo rodean tienden a alejarse de él –a no ser que estén demasiado cerca y la fuerza de gravedad sea lo suficientemente intensa como para imponerse. Por este motivo no vemos alejarse de nosotros el quiosco, la panadería o el contenedor de basuras: porque hay otra fuerza, la gravedad, mucho más intensa que se impone a la tendencia a la expansión. | Crédito: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

¿CUÁNDO APARECIÓ LA CONSTANTE DE HUBBLE?

A la constante de proporcionalidad entre la velocidad de recesión y la distancia no se le llamó inmediatamente constante de Hubble. Hubo que esperar aún algunos años. Fue el físico y matemático H. P. Robertson quien en un artículo de 1955 se atrevió a bautizar la tasa de expansión como constante de Hubble. Exactamente fue en la página 89 del artículo The theoretical aspects of the nebular redshift, publicado en 1955 en Publications of the Astronomical Society of the Pacific, Vol. 67. Edwin Hubble había muerto en 1953 y Robertson no quería dejar dudas sobre sus intenciones: todo el artículo está dedicado a la memoria de Edwin P. Hubble, tal como se puede leer en el encabezamiento de la primera página. El antiguo término K fue substituido por la letra H y se redefinió y recibió el nombre de constante de Hubble. La consagración de este cambio vino poco después, en un artículo publicado en 1956, por Sandage, Humason y Mayall[28] en el que no dudaron en utilizar la misma notación que había utilizado Robertson.

Orejas con las que escuchar el Universo. | Copyright: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)

CONCLUSIÓN

A pesar de que el trabajo de 1931 confirmaba los resultados de 1929 y de que estos resultados encajaban con un nuevo paradigma de Universo en expansión, no es de extrañar que Hubble siguiera siendo muy prudente a la hora de dar una interpretación teórica a sus resultados –recordemos a este respecto la cita anterior de una carta de Hubble a de Sitter-. Muy probablemente era debido, entre otras cosas, a que era consciente de que un Universo en expansión con un valor del coeficiente que gobernara esta expansión tan alto como el que él y otros habían calculado creaba un problema impactante con las escalas de tiempo. En la época en la que Hubble publicó su trabajo, numerosos astrónomos aceptaban como edad de la galaxia una cifra del orden de 109 o incluso 1010 años, y a nivel de la Tierra ya en la década de 1920 había indicios muy firmes de que la edad de nuestro planeta podía llegar a 3000 millones de años, o incluso más. Ahora bien, un valor de la tasa de expansión de unos 500 km/s/Mpc implicaba que el Universo era demasiado joven, de unos 2000 millones de años de antigüedad. Por lo tanto, si las medidas cosmológicas daban como resultado un Universo de tan sólo 2000 millones de años de antigüedad, había que resolver un misterio muy serio antes de echar las campanas al vuelo. El Universo no podía ser más joven que parte de su contenido.

La historia de cómo se resolvió esta discrepancia y de cómo la constante de Hubble fue convergiendo hacia el valor que actualmente se considera más correcto, alrededor de los 70 km/s/Mpc, es materia para otro artículo. Un artículo en el que también habría que explicar cómo Lemaître tiró un poco del hilo y llegó a su teoría del átomo primigenio, y cómo Gamow y sus colaboradores plantearon lo que más adelante se llamaría el Big Bang gracias a Fred Hoyle, el astrónomo rival y autor de la teoría alternativa: la del estado estacionario. Todas ellas explicaban las medidas de Hubble, además de otros datos que se habían ido acumulando, pero sólo una sobrevivió a los sucesivos cribados empíricos posteriores y, sobre todo, al descubrimiento de la radiación de fondo de microondas –Cosmic Microwave Background-.

De momento, este artículo concluye aquí, con la publicación del segundo artículo de Hubble y el debate que generó. Es decir, concluye en un momento en el que nuestra visión del Cosmos había empezado a cambiar radicalmente después de muchos siglos de Historia y todos los científicos, así como cualquier ser humano que pensara seriamente en el tema, tenían que aceptar no sólo la vastedad del Universo a una escala nunca antes imaginada sino también su expansión.

Muchos quizá se hubieran encontrado más cómodos en lo que ellos hubieran considerado un esquema más sencillo, más… estático. Pero así es la tiranía de los hechos. Implacable. Incluso Agnes Clerke, como cualquier otro “competent thinker”, hubiera tenido que aceptarlo. Incluso nosotros, en el futuro, muy probablemente tendremos que aceptarlo. Aunque, qué quieren que les diga, en lo que a mi respecta, confieso que estoy impaciente por que nuevos resultados experimentales me sorprendan.

—————————————————— Este artículo participa en los Premios Nikola Tesla de divulgación científica y nos lo envía Víctor Guisado Muñoz. Estudió Física licenciándose por la Universidad de Barcelona. Actualmente cursa el Máster Astrofísica, Física de partículas y Cosmología impartido en esta misma Universidad. Cuenta con ocho años de experiencia como profesor de Física, Matemáticas y Ciencias para el Mundo Contemporáneo en diversos colegios de Barcelona y Madrid aunque en estos momentos se encuentra en paro.

—————————————— Notas:

[1] Almagesto es el nombre que dieron los musulmanes del s. IX a la primera obra de Ptolomeo: Sintaxis Matemática, dividida en trece libros, el primero de los cuales recoge lo que se ha llamado el sistema ptolomaico y el séptimo y octavo contienen un catálogo de estrellas fijas, al parecer una reedición del realizado por Hiparco de Nicea 274 años antes, según Francisco Vera, Científicos griegos, tomo II, Ed. Aguilar, pag. 759. Sobre las nebulosas que están catalogadas en Almagesto: http://messier.seds.org/xtra/Bios/ptolemy.html

[2] Hay observadores que afirman poder ver también la galaxia del Triángulo (M33) e incluso, en condiciones excepcionalmente buenas de observación, la galaxia espiral M81.

[3] Para una introducción más extensa en la historia de la catalogación de las nebulosas puede consultarse: http://ned.ipac.caltech.edu/level5/March02/Nilson/Nilson6.html

[4] Puede consultarse para un análisis más profundo de la transición entre la Física de Aristóteles y la de Newton el libro El nacimiento de una nueva Física, de I. Bernard Cohen, Ed. Alianza Universidad.

[5] Dreyer y NGC: http://www.ngcicproject.org/public_HCNGC/The_HCNGC_intro.pdf

[6] Breve nota histórica sobre la historia de la astrofotografía: http://www.astro.virginia.edu/~rjp0i/museum/photography.html

[7] Publicados en Popular Astronomy, XXIII, en 1915, pag. 21-24, bajo el título Spectrographic observations of nebulae.

[8] O. H. Truman, The motions of the spiral nebulae, Popular Astronomy, XXIV, 1916; R. K. Young and W. E. Harper, The solar motion as determinaed from the radial velocities of spiral nebulae, Journal of the Royal Astronomical Society of Canada, X, 1916

[9] Edwin P. Hubble, A relation between Distance an Radial Velocity Among Extra-Galactic Nebulae, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Volume 15, Issue 3, pp. 168-173. Se puede encontrar en: http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee/1996/hub_1929.html

[10] El artículo completo se puede consultar en el siguiente enlace: http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1931ApJ….74…43H

[11] Agnes Clerke, The System of the Stars, 1890. Tomado de Edward Harrison, A Century of Changing Perspectives in Cosmology, Q. J. R. astr. Soc. (1992), 33, 335-349

[12] Immanuel Kant, Historia natural universal y teoría de los cielos: un ensayo sobre la constitución y el origen mecánico de todo el universo de acuerdo a los principios de Newton

[13] A. Einstein, Kosmologische Betrachtungen zur allgemeine Relativitätstheorie, Sitzungsberichte der königlichen preussischen Akademie der Wissenschaften, 1917, pp. 142­152

[14] W. de Sitter, On Einstein’s theory of gravitation and its astronomical consequences. Third paper, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 78, p.3-28

[15] M. Humason, The large radial velocity of NGC 7619, Proceedings of the National Academy of Sciences, XV (1929), 167-8 (pag. 167)

[16] Hay que insistir en este punto que el modelo B, el propuesto por de Sitter, era estático, al igual que el de Einstein. El desplazamiento al rojo del espectro provenía de un factor dependiente de la distancia que afectaba a la componente temporal de la métrica, tal y como se explica en The Deep Universe: Saas-Fee Advanced Course 23, Lecture Notes 1993, pag. 97,98,99. Y además el desplazamiento predicho por de Sitter dependía de la distancia de forma cuadrática.

[17] Para más detalles sobre este debate puede consultarse la siguiente página web de la NASA: http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee/debate20.html

[18] Leavitt, H. S., 1777 variables in the Magellanic Clouds, 1908, Annals of Harvard College Observatory, vol. 60, pp.87-108.3

[19] Según algunas fuentes, a principios del s. XX a las mujeres no se les permitía operar telescopios. Desde una perspectiva moderna, esta afirmación puede resultar un tanto increíble pero no hay que olvidar que en aquellos años, en la mayor parte de estados, las mujeres no podían votar y tampoco las dificultades que tuvo Emily Noether para seguir sus estudios de Matemáticas por ser mujer. El papel de mujeres como Henrietta en los observatorios astronómicos era el de “computadoras humanas” dedicadas a revisar enormes cantidades de datos registrados en placas fotográficas.

[20] E. P. Hubble, Cepheids in spiral nebulae, The Observatory, Vol. 48, p. 139-142 (1925)

[21] Hubble a Shapley, 15 de mayo de 1929 (Harvard).

[22] La referencia del artículo de Lemaître es: Lemaître, G., Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques, Annales de la Societe Scientifique de Bruxelles, A47, p. 49-59. Hay que tener en cuenta que fue publicado en francés y en una revista poco conocida. Hubble asistió en 1928 a un congreso en Holanda, pero no hay constancia de que Lemaître, o algún otro astrónomo, le explicara su modelo en detalle en aquel momento o mantuviera correspondencia posterior con Hubble. Es razonable suponer, y en ausencia de pruebas contundentes en sentido contrario es lo que hay que suponer, que en caso de que Hubble hubiera oído hablar del modelo de Lemaître, decidió no mencionarlo por no tener referencias ni conocimiento preciso de él. Afirmaciones como la que se puede ver en el artículo dedicado a Edwin Hubble en la Wikipedia en español a fecha del 16 de junio de 2012 están poco muy poco fundamentadas:

Muchos más detalles que ayudan a sopesar en su justa medida esta polémica y a valorar si Hubble conocía o no los trabajos de otros investigadores se pueden encontrar en las notas 93 y 110 (pag. 162 y 163) del trabajo de R. W. Smith: The origins of the velocity-distance relation.

[23] Hubble a de Sitter, 23 de septiembre de 1931, Huntington Library.

[24] G. Lemaître, Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques, Annales de la Societe Scientifique de Bruxelles, A47, p. 49-59

[25] Mario Livio, The expanding Universe: lost (in translation) and found, Space Telescope Science Institute, 2011, Baltimore

[26] de Sitter, W., On the Distances and Radial Velocities of Extra-Galactic Nebulae, and the Explanation of the Latter by the Relativity Theory of Inertia, Proceedings of the National Academy of Sciences 16, 474-88 (1930).

[27] R. W. Smith, The origins of the velocity-distance relation, pag. 154

[28] Sandange, Mayall, Humason,Redshifts and magnitudes of extragalactic nebulae, Astronomical Journal, 61, 97-162 (1956)


38 Comentarios

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OrlandoOrlando

Enorme artículo, grandioso, soberbio. Y no me refiero al tamaño. ¡Muchas gracias!

yoyo

Con todos los respetos por el enorme trabajo que acarrea, pero un artículo tan denso se hace muy, muy difícil de leer. Imagino que si alguien no está muy interesado en el tema le costará aún más…

SantiagoSantiago

Maravilloso articulo, quizás hubiera sido buena idea dividirlo en 2 partes pero a pesar de su longitud no tuve problemas en leerlo y lo disfrute mucho. Me sorprendió la rigurosidad con que Hubble trataba los datos que obtenía.

PaulaPaula

Genial artículo, como siempre. Gracias por compartirlo.
Cuesta mucho hacerse una mínima idea de la inmensidad del universo, es fascinante.
Saludos!

Víctor Guisado

Muchas gracias a todos por vuestros comentarios y aportaciones. “yo”… tienes razón, es un artículo muy extenso y también denso. Podría haberme centrado en un aspecto concreto en lugar de contar tantas cosas pero si así lo hubiera hecho, se hubiera perdido una cierta perspectiva global, histórica, que era una de las cosas que quería transmitir con este artículo. Otra de las cosas que quería transmitir era lo laborioso que resulta elaborar el conocimiento científico. Si el lector tiene que hacer un esfuerzo para acabar de leer el artículo, imagínate el esfuerzo que tienen que hacer los científicos para conseguir unir las piezas del rompecabezas en una imagen coherente. De todas formas, yo seguiré intentando que haya cada vez más gente interesada en leer sobre estos temas.

jbggjbgg

Agradezco bastante el tiempo dedicado a este artículo, es muy bueno.

Si te digo la verdad, se me ha hecho corto…
Espero una continuación, lo agradecería.

De nuevo dar las gracias por haberme informado un poco más.

vagalumevagalume

Llevo todo el día intentando enviar comentarios y no aparecen publicados. ¿Cuál puede ser el problema?

vagalumevagalume

Vaya! por fin! Esto es lo que quería decir:

Normalmente no me paro a leer los artículos sobre astronomía que se publican en Amazings (y mucho menos si son tan largos como este), porque no es un tema que hasta ahora me haya llamado mucho. Este sin embargo me lo leí sin pestañear, a pesar de su extensión. Desde un principio me enganchó. Está escrito de forma tan pedagógica que logra que atraer la atención de los profanos y mantener el interés. Aprendí muchísimo. Gracias y enhorabuena!

vagalumevagalume

No entiendo por qué la queja se publica sin problemas mientras que el comentario en sí no aparece. No es la primera vez que me pasa. ¿El sistema detecta y bloquea textos con palabras prohibidas? Aun si fuese así, no veo cuál podría ser la palabra problemática en mi caso. Simplemente le daba la enhorabuena al autor, explicando las razones.

Irreductible

Hola vagalume. Ya encontré el problema y es que al parecer repetiste varias veces (hasta 4 veces he contado) el mismo comentario en muy poco tiempo y el bot te autentificó como spam.

vagalumevagalume

NO. Repetí varias veces el envío solo después de confirmar (abriendo incluso la página en otro navegador) que el primero no había sido publicado.
Es más, tras mi mensaje de las 00:25 (justo arriba del tuyo) volví a intentar enviar mi texto (ligeramente cambiado para que no fuese detectado como duplicado) y tampoco se publicó. Es decir, en un intervalo de pocos minutos, un comentario se publica de inmediato y el siguiente no aparece. Insisto en que no es la primera vez que me pasa. De hecho participo poco aquí por eso. Es frustrante que el 50% de las veces mis comentarios no aparezcan. ¿Existe alguna lista de símbolos y/o palabras que son bloqueadas por el sistema? Es la única explicación lógica que se me ocurre!

Víctor Guisado

Vagalume, no sé cuál puede ser el problema, lo siento. Si quieres, puedes escribirme a mi correo personal.
jbgg, hay una segunda parte, pero no está acabada aún y tardará un poco en estarlo porque ahora mismo estoy ocupado en otras cosas que exigen mi inmediata atención.
José Manuel, Cinquetto, muchas gracias por leerme. Muchas gracias a todos. ¡Vuestros comentarios animan a enfrentarse cada día al papel en blanco!

vagalumevagalume

Veamos, lo voy a intentar de nuevo, a ver si hoy tengo más suerte.
Lo que quería decir es que normalmente no me paro a leer los artículos sobre astronomía que se publican en Amazings (y mucho menos si son tan largos como este), porque no es un tema que hasta ahora me haya llamado mucho. Este sin embargo me lo leí sin pestañear, a pesar de su extensión. Desde un principio me enganchó. Está escrito de forma tan pedagógica que logra que atraer la atención de los profanos y mantener el interés. Aprendí muchísimo. Gracias y enhorabuena!

Víctor Guisado

Vagalume, me alegro de que finalmente hayas logrado publicar tu comentario -si hubiera sido una crítica, también me hubiera alegrado-. Me siento un poco abrumado pero también muy animado a seguir escribiendo. Muchas gracias a ti.

MiryamMiryam

Un magnífico artículo. Pese a ser una auténtica profana en esta materia y leerlo simplemente por pura curiosidad, ha sido la mar de interesante e instructivo. Lástima que muchos pequeños detalles que se explican en el texto en relación con la física me cueste entenderlos, pero aún así ha merecido mucho la pena.

¡Gracias por el interesante aporte! Ojalá no sea el único ^^

Javi KeimonJavi Keimon

Muy intrigante, ameno y bien expuesto. Con ganas de esos otros artículos sobre temas tan “prometidos”.
Una cuestión ínfima: cuando dice “El nuevo valor obtenido para la constante de proporcionalidad es de 558 km/s/Mpc y la representación gráfica de los datos puede verse en la siguiente figura”, las unidades así escritas no pueden dar lugar a confusión?

ErPepeErPepe

Estupendo artículo, me ha encantado.
Pero quisiera aprovechar para plantear una duda que tengo siempre que leo sobre la expansión del universo. Y es que siempre se dice que es el corrimiento hacia el rojo de la luz, la evidencia de que el universo está en expansión y, sin embargo, yo me imagino un universo donde esa expansión halla llegado a su fin y estuviera ya en fase de contracción. En ese caso, las estrellas más cercanas al centro (donde se produjo el big bang) tendrán una velocidad mayor que las estrellas más alejadas. Si nosotros estamos en medio, veremos alejarse tanto a las primeras como a las segundas mostrando ese corrimiento hacia el rojo de su luz.
Supongo que deben de haber otros datos que demuestren esa expansión, pero desde que leí la breve historia del tiempo de Hawking siempre me he encontrado ese único dato como explicación y a hasta ahora sigue sin convencerme.
¿Estoy enfermo, doctor?

José Manuel

ErPepe, partes de una premisa falsa; y es que el universo NO tiene centro, como cualquier punto de la superficie de una esfera, metafóricamente hablando. No existe un sistema de referencia privilegiado.

Víctor Guisado

Myriam, tienes razón: hay muchos detalles que me hubiera gustado explicar mejor para las personas que no están familiarizadas con estos temas pero entonces hubiera sido tan extenso que hubiera sido impublicable. Por otra parte, tampoco sería buena explicar todo con tanto detalle (y probablemente tampoco sería posible): está bien espolear la curiosidad y luego que cada uno llegue hasta donde quiera.
Javi Keimon, es sólo una forma de recalcar que Mpc está en el denominador. También hubiera podido escribir km/(s·Mpc) y, desde luego, simplemente km/sMpc. Quizá la notación más clara sea la del propio Hubble (que podrás ver en la tabla que hay unas líneas más arriba del punto que citas): km/s per Mpc.
ErPepe, no soy doctor, pero me atrevo a decir que sí, que estás enfermo. Tu enfermedad se llama curiosidad y, si ha sobrevivido a los años de colegio, te vas a quedar con ella toda la vida. No hay cura. Lo único que puedo hacer para intentar mitigar tu dolor es darte algunas pistas nuevas. Para empezar, cuando hablemos de cosmología deja de pensar en estrellas y empieza a pensar en galaxias. Cada galaxia contiene del orden de cien mil millones de estrellas pero, aun y así, no son más que átomos a escala cosmológica. Una vez realizado este cambio en la forma de pensar, ya podemos empezar a hablar de expansión y contracción del Universo. Como dice Jose Manuel, no pienses que hay un centro. Imagínate que las galaxias son puntos negros pintados con un rotulador en la superficie de un globo. Si soplas, el globo se infla y las galaxias se alejan unas de otras. Si enganchas una hormiga a uno de esos puntos y le preguntas qué ve te dirá que ve que todos se alejan de ella, escojas el punto que escojas para enganchar la hormiga (por cierto, es un gedanken experiment, no hace falta torturar a ninguna hormiga para llevarlo a cabo). Pero si el globo estuviera perdiendo aire, y por lo tanto estuviera desinflándose, observarías lo contrario: todos los puntos se acercan a la hormiga (¿verdad, hormiga? Sí) la enganches en el punto donde la enganches. También lo puedes pensar con un bizcocho cuajado de pasas cocinándose en el horno. Respecto a si es la única prueba que tenemos la respuesta es: no. La radiación de fondo de microondas también se interpreta como fruto de la expansión del Universo a partir de un inicio extremadamente caliente. Pero esto forma parte de la segunda parte de esta historia.
Una vez más, muchas gracias a todos por leerme.

ErPepeErPepe

Gracias a José Manuel y a Victor por tratar de mitigar el dolor, pero siento decirles que voy a necesitar más analgésicos.
Sobre lo del centro, en mi universo imaginario estaría tan lejos que no llegaríamos a verlo. Y el hablar de estrellas en lugar de galaxias era más bien por simplificar. Me hago a la idea de las magnitudes de las que hablamos (y de lo pequeño que soy).
Tomando prestado el ejemplo del globo y la hormiga (que creo que no he sabido explicarme bien), sería como si ese globo tuviera otro más pequeño dentro que a su vez tuviera otros más pequeños, etc. y además estuviera contenido en otros mayores. La hormiga vería los puntos de un entorno relativamente pequeño (cuyo radio sea menor que la distancia al globo más pequeño). Y los globos, que tendrían todos la misma boquilla, se irían desinchando de forma que cualquiera que cojamos se desincharía más lento que aquellos más pequeños que tiene dentro y más rápidos que aquellos que son más grandes.
Si no me equivoco (que en teoría de globos ando regular), la hormiga vería que, efectivamente los puntos de su globo se van acercando, pero sin embargo, vería alejarse los de cualquier otro globo en el que ella no estuviera.

Le voy a echar un ojo a eso de la radiación de fondo, de la que he escuchado hablar mucho pero de la que realmente sé poco, y a esperar con ansia la segunda parte del artículo.

Víctor Guisado

Fíjate que yo te estaba hablando de un espacio de dos dimensiones espaciales (la superficie de un globo) y tú has añadido una tercera (la necesaria para contener más globos). Piensa, además, que si la situación que describes fuera un buen modelo del Universo donde habitamos entonces tendríamos dos tipos de registro: uno correspondiente al movimiento de las galaxias que comparten globo (que se acercarían) y otro el correspondiente al de las que están en globos diferentes (que se alejarían). Ese no parece ser el caso. Al menos de momento. Nadie tiene respuestas definitivas pero ¿por qué introducir un centro (un punto privilegiado) en nuestro modelo de Universo si no es necesario hacerlo para explicar los resultados experimentales?

VarVar

Muy buen articulo y lo lei de principio a fin, fue muy esclarecedor para mi, ¿extenso? creo que no, pero quizas la sensación de extenso en algunos, se deba al echo de que cada vez leemos solo en plan “leo revista-magazin-prensa amarilla”, muy superficialmente pero, este tema ameritaba la extensión y la profundidad. Gracias por el articulo

Roberto CondeRoberto Conde

Más desplazamiento al rojo no implica necesariamente mayor distancia. Con lo que el universo no tendría por qué estar expandiéndose, y se desmoronan muchas teorías basadas en hipótesis incorrectas:

http://arxiv.org/abs/1002.0525

Víctor Guisado

Apreciado Roberto, el artículo que reseñas es un artículo colgado en arxiv en el que se discute un modelo alternativo al de la expansión para explicar algunas de las características observadas entre la luminosidad y la distancia aparente a las galaxias, pero en el que el autor no se preocupa por explicar cómo puede surgir en un universo estático una radiación de microondas que inunde el Universo (el propio autor advierte en el abstract que él no argumenta que el U. real sea estático, su artículo sería simplemente un ejercicio teórico). No sé si este artículo se habrá publicado en una revista después de una revisión por pares. Tengo mis dudas al respecto (la hipótesis de la “luz cansada” fue descartada hace años, y la paradoja de Olbers hace tiempo que está resuelta, según tengo entendido). Modelos cosmológicos alternativos al estándar hay muchos, la mayor parte de las veces ajustados a unas observaciones concretas, que suelen explicar muy bien, pero fallan estrepitosamente al explicar otras observaciones. El modelo estándar, de momento, es el que mejor explica en promedio todas las observaciones (fíjate que digo en promedio). En el futuro, muy probablemente tendrá que modificarse pero de momento… es lo que tenemos. Tal y como puede apreciarse al leer mi artículo, los modelos, o paradigmas, que se imponen no lo hacen sin que haya en el seno de la comunidad científica un fuerte (y, muchas veces, acalorado) debate al respecto. Un saludo.

Roberto CondeRoberto Conde

Hola Víctor,
por alguna razón no aparece el comentario que hice, y si intento reenviarlo el sistema me dice que está duplicado.

vagalumevagalume

Vaya! Por fin aparece alguien con los mismos problemas que yo para publicar comentarios (el 50% de las veces me pasa lo mismo, lo que desincentiva bastante mi participación).

Roberto CondeRoberto Conde

Hola Víctor,
sí que está publicado en revista: “”
Efectivamente, el autor no se moja con ninguna alternativa, solo aplica un test al actual y efectivamente, el test le da un fuerte negativo al modelo actual. Comenta que se ajustaría más al caso de un universo estático.
No es el primer test que falla la ley de Hubble, aunque probablemente sí sea uno de los más rigurosos y objetivos.
Como yo no tengo que enfrentarme a tres revisores ni a un editor aquí, si me tengo que mojar por una explicación a las discrepancias del desplazamiento al rojo respecto a la ley proporcional a la distancia de Hubble (que él mismo no se creía), apostaría por el modelo de Ari Brynjolfsson de desplazamiento al rojo en plasmas caliente y disperso.

En cualquier caso para falsar una hipótesis no hay que presentar alternativas.

PD: si entra este comentario tiene pinta de que la referencia a la revista, que estaba en inglés como es normal, y que he quitado, es lo que hace saltar al detector de spam. Puedes buscar Martín López Corredoira y encontrarás su web del Instituto de Astrofísica de Canarias en la que verás la enorme lista de publicaciones que tiene, y la 86 es la susodicha

Víctor Guisado

Roberto, gracias por despejar mis dudas al respecto: parece ser que el artículo sí se ha publicado en una revista después de una revisión por pares:

http://www.worldscientific.com/doi/a...HistoryKey=

De todas formas, insisto, el propio autor advierte en el abstract que no pretende aducir a partir de su artículo que el Universo real sea estático. Su trabajo, al menos este artículo, recoge el testigo de astrónomos que siguen líneas de investigación heterodoxas (alternativas al modelo más aceptado), como por ejemplo Halton C. Arp. Si sigues este enlace, podrás leer a ambos discutiendo sobre estas cuestiones:

http://illum.150m.com/bigbang01.pdf

Es conveniente, sin embargo, para valorar en su justa medida el trabajo de todos los astrónomos, tanto heterodoxos como ortodoxos, leer también el artículo de la Wikipedia dedicado a modelos cosmológicos no estándares (está en inglés, lo siento):

http://en.wikipedia.org/wiki/Non-sta...d_cosmology

sobre todo los apartados “Redshift periodicity and intrinsic redshifts” y “Steady State theories”

Aprovecho para recalcar una vez más que el modelo estándar no es la verdad absoluta (en Ciencia, ningún modelo lo es). Es simplemente la mejor teoría de que disponemos para explicar el mayor número posible de fenómenos observados.

Un último comentario: en Ciencia, la controversia y la crítica son inherentes a la propia Ciencia. No hay que ver el que haya una corriente heterodoxa como la prueba de que el modelo estándar esté equivocado sino como un mecanismo propio de la Ciencia para avanzar e ir depurando teorías a base de réplicas y contra-réplicas. Puede que llegue un momento en que haya que abandonar la teoría y substituirla por otra más amplia, o puede que sobreviva a todas las críticas. De momento, en el caso concreto que nos ocupa, la expansión del Universo es un concepto que sobrevive y parece que está bien de salud.

Saludos desde Vulcano -por cierto, Irreductible, ésta es otra coletilla que podríais poner bajo el nombre de Amazings-Naukas-

Roberto CondeRoberto Conde

Hola Víctor.
Me da la impresión de que no te has leído el artículo, y que a pesar de la advertencia del autor no has podido evitar meterlo en el cajón de “lo heterodoxo”.

Es un test cosmológico objetivo y preciso que da un *no* bastante rotundo (salvo que se den cuestiones rarísimas respecto al tamaño y luminosidad de las galaxias) al modelo cosmológico actual.

Por mi parte hay conclusiones muchísimo más raras que se derivan de este modelo, y que ya deberían haber hecho saltar las alarmas.
No creo que sea el mejor modelo que tenemos ni de lejos. Sí el más aceptado y en el que más gente trabaja, publica y con el que se gana la vida.

Conviene hacer tests continuamente a los modelos actuales, porque como bien dices así es como avanza la ciencia. Desgraciadamente, mi opinión es que la comunidad científica cada vez se aleja más del método: los tests que dan negativo se ignoran salvo que tengan repercusión mediática.
Por otro lado, los tests que favorecen a las teorías ya establecidas son fácilmente publicables, aunque más de uno dé vergüenza leerlo.

Como comentaba con un amigo, en la era de la información, *los artículos científicos deberían ser textos abiertos en revisión continua*, porque lo que está pasando es que se afianzan supuestas verdades científicas por el hecho de ser aprobadas por tres compañeros y un editor. Pocas veces se acude a la fuente para comprobarla si es “de confianza”. Hay muchas prisas e incentivos por publicar, y es más fácil hacerlo si no contradices a nadie.

Pero hay muchos intereses en contra de este cambio, que sería lo mejor que podría pasarle a la ciencia desde el establecimiento de las bases del método científico en el siglo XVII.

Especialmente en contra están los editores de revistas, que en muchas ocasiones son los mismos que captan financiación pública para proyectos que luego justifican publicando artículos en las revistas de sus colegas.

Verás pocos artículos diciendo “el artículo X del autor Y es incorrecto”. ¿Significa esto que nos equivocamos muy poco? A pesar de la enorme cantidad de información totalmente nueva que estamos asimilando gracias a los avances técnicos, se siguen aceptando las hipótesis establecidas por los científicos de principios del siglo XX.
Y muchas de ellas, como esta (en mi opinión) de que más desplazamiento al rojo implique necesariamente más distancia, ¡Aún no han sido verificadas de forma concluyente, sino todo lo contrario!

Respecto a la wikipedia, por su propia construcción, está llena de hombres de paja cada vez que se toca algo que se salga de lo comúnmente aceptado y pocas veces menciona las falsaciones conocidas de las teorías aceptadas.

PD: El link al pdf que has puesto está roto.

¡Saludos y perdón por el tocho!

Víctor Guisado

Roberto, tengo la impresión de que consideras “heterodoxo” como algo peyorativo, y no es así, es simplemente una descripción de la realidad: el autor propone interpretaciones diferentes a las mayoritariamente aceptadas para el test angular-size vs. redshift. Además creo que llegas a conclusiones a las que no llega ni el propio autor. Cito:

“It would be an irony of fate that, after all the complex solutions pursued by
cosmologists for the last century, we had to come back to simple scenarios such as
a Euclidean static Universe without expansion. None the less, we cannot at present
defend any of these simple models apart from the standard one because this would
require other analyses. The conclusion of this paper is just that the data on angular
size vs. redshift present some conflict with the standard model, and that they are
in accordance with a very simple phenomenological extrapolation of the Hubble
relation that might ultimately be linked to a static model of the universe.”

Como puedes ver, ni el autor dice que su trabajo suponga un “no” rotundo al modelo cosmológico actual. Y el test tampoco es tan objetivo como crees que es. Esto es debido a dos motivos: es muy difícil recopilar datos (y por lo tanto puede haber errores en estos datos) y luego hay que interpretar estos datos. López-Corredoira hace una crítica a la interpretación usualmente aceptada de atribuir a efectos evolutivos las discrepancias que al parecer hay entre lo que prevén los modelos expansivos y lo que se observa con el test angular-size vs. redshift, y dice que una forma mucho más fácil de interpretar lo que se observa es considerando un modelo estático de Universo. Hacer esto es su trabajo: es científico y debe (o debería) guardar siempre un poso de duda sobre lo que se supone que uno sabe. Todos los grandes científicos fueron heterodoxos en algún momento, es decir, no siguieron la corriente principal y por eso pudieron llegar un paso más allá de lo que llegaba el paradigma preponderante.
Volviendo a los datos observacionales y lo difícil de su recopilación e interpretación. Fíjate que en un determinado momento del artículo el propio autor habla de unos desajustes del 20-30% entre los datos que maneja y lo que predice un modelo estático que, dice, se pueden atribuir a errores sistemáticos. Otros autores interpretan los datos de otra manera, aquí tienes, por ejemplo, un artículo al respecto:

http://newcastle.academia.edu/Adrian...dio_sources

(espero que funcione el enlace, si no funciona, puedes hacer una búsqueda en google con los términos: angular-size-redshift relationship. Es de los primeros enlaces que salen. Por si acaso, aquí tienes otro: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0309390)

Resulta que con la interpretación de estos otros autores se puede explicar también el fondo cósmico de microondas, cosa que, tal y como habrás visto, en el artículo de López-Corredoira sólo se menciona para decir que hay otras explicaciones posibles a la estándar (y pone referencias a otros artículos suyos), pero no da más detalles al respecto, por lo tanto, no puedes decir sólo con el artículo que citas que el modelo cosmológico actual más aceptado ha quedado refutado. A mi las explicaciones alternativas del CMB que conozco no me convencen (lo cual no significa que no pueda estar equivocado, sólo significa que la explicación que me parece más coherente con el resto de datos es la que atribuye el CMB a un big bang caliente y una superficie de último scattering).

Los modelos estáticos de Universo también presentan lagunas importantes. Te sugerí el artículo de la wikipedia porque lo leí y me pareció información coherente e interesante. Antes de despreciar la wikipedia deberías leer la información que contiene y valorarla en su justa medida. De todas formas, también puedes consultar “Extragalactic distance scales: H0 from Hubble (Edwin) to Hubble (Hubble Telescope)” de Virginia Trimble.

Pasando a otros puntos de tu comentario, te diré que yo no comparto en absoluto tu opinión de que la comunidad científica se aleje cada vez más del método científico. Esto no lo he observado en ningún sitio. No sé qué pasará en otros campos, pero desde luego en el de la Física no lo he observado. Más bien al contrario. Los equipos de investigadores que conozco trabajan con un rigor, una dedicación y una ilusión, a pesar de todas las dificultades que tienen, que siempre me han parecido dignas de admiración y envidia. Además, los artículos científicos son textos abiertos y están en revisión continua: cualquiera puede revisarlos. Pero CUIDADO con esto que acabo de decir: no cualquiera puede entenderlos ni interpretarlos correctamente…. a no ser que dedique los necesarios años de estudio para conseguirlo. Esto es así, nos guste o no. Para acceder a cierto grado de conocimiento hay que pagar peaje en forma de tiempo y esfuerzo. Si ahora la visión estándar es que el Universo está en expansión no es debido a una moda, es porque incontables científicos que dedican su vida a trabajar minuciosamente recopilando datos e interpretándolos han visto que esta visión es la que ofrece un marco más coherente con el mayor número posible de observaciones. ¿Esto puede cambiar en el futuro? Sí, claro que puede cambiar, y eso no significará que se haya estado perdiendo el tiempo hasta ahora, ni mucho menos. De hecho, si alguien tiene un modelo mejor, estoy seguro que no dudará en defenderlo y publicarlo, pues aunque tú creas que sería muy difícil hacerlo también habría un gran incentivo en hacerlo.

Un último comentario. Después de leer todas tus respuestas, tengo la impresión de que tienes una cierta animadversión contra el modelo estándar actual en Cosmología. Dices que de él se derivan “conclusiones muchísimo más raras”. Todos los modelos que fueron revolucionarios en su momento implicaban conclusiones “rarísimas”. No hace falta hablar de relatividad o de cuántica. Basta imaginarse lo que le hubieran parecido a Aristóteles las leyes de Newton (¡o las de Kepler!).
¡Saludos!.

Roberto CondeRoberto Conde

¡Hola Víctor!
Me alegra ver que te has tomado en serio el tema.
Me alegra ver también que para tí tampoco heterodoxo es sinónimo de desnortado (aunque suele haber más desnortados entre los heterodoxos, dicho sea de paso).
Aparte de las diferencias de opinión que tengamos sobre el rumbo que toma la comunidad científica, me alegra también poder contar con un interlocutor que comprende (o eso entiendo por tus respuestas) que se puede discrepar de lo que la comunidad científica acepta sin ser un loco ni despreciar la ciencia.

Lo que comentas de que “los artículos científicos son textos abiertos y están en revisión continua: cualquiera puede revisarlos” es como decir que el BOE es un texto abierto en revisión continua y cualquiera puede revisarlo. Y el BOE por lo menos es gratis.

A lo que me refería es a algo mucho más dinámico, a que los artículos no se cerraran una vez publicados, que el autor pudiera modificarlos ante nuevos datos, nuevas ideas o nuevas revisiones, y que la revisión de pares fuera de más de tres personas, y no en un único proceso, sino durante un tiempo indefinido (como el concepto iterativo del método científico). La cuestión sería buscar menos cantidad y más calidad.

Voy a leerme los artículos que enlazas y te contaré. Lo de la wikipedia ya me lo había leído y sigo pensando que son principalmente ataques de “hombres de paja”.

¡Saludos!

Roberto CondeRoberto Conde

Bueno pues me he leído el artículo de Jackson que comentas y si no he entendido mal, se basa en el el catálogo de Pearson (P85 en el artículo). Se trata de un catálogo de fuentes de radio ultracompactas (CSO), de miliarcosegundos . La intención del artículo, aparte de refinar los parámetros del modelo estándar, es asentar estos cuerpos como candelas estándar.
Ahora bien, se toman como ciertas las siguientes hipótesis sobre esta población:

– Son objetos simétricos y compactos
– Tienen núcleos de baja luminosidad rodeados por dos mini-lóbulos
– Los lóbulos se mueven a velocidades relativistas y están cerca de la línea de visión, de modo que solo el lóbulo que se mueve hacia el observador puede observarse por “Doopler boosting”. Estos son las emisiones de las que toman los tamaños angulares por intereferometría.
– Son objetos estándar (supuestamente agujeros negros con 1.5·10^10 masas solares)
– A medida que z aumenta, este efecto doopler se cancela con el desplazamiento al rojo cosmológico (que se presupone que existe), de modo que la componente observada está en su marco de reposo.

Hay grandes diferencias entre estos artículos y el de Martín López Corredoira. En el último se comparan los resultados del test de tamaño angular sobre diferentes hipótesis sobre el origen de z (diferentes funciones su implicación en el tamaño y la luminosidad de las fuentes observadas.
Por eso decía era un test objetivo.
En los que comentas de Jackson se asume el modelo actual y se calculan sus parámatros en base a una selección de objetos cuyas características de luminosidad y tamaño respecto a z podrían varíar dependiendo del modelo elegido. Eso, me parece a mí, no es aplicar un test. O al menos no a la hipótesis básica del modelo, si acaso a las hipótesis de que los parámetros del modelo estén en algún rango o tengan ciertos valores.

Según parece, si aplicara otro modelo a la selección (diferentes d_a(z) y d_l(z) en el artículo de Corredoira), no le saldrían los mismos resultados para los tamaños angulares, con lo que no son buenas candelas estándar salvo que se use su modelo.

Es decir, hay una especie de razonamiento circular:
Son buenas candelas estándar -> usándolas confirmo mi modelo, el único en el que… -> …son buenas candelas estándar

Para una explicación más exhaustiva de las diferencias entre ambos trabajos te recomiendo la sección 5.2 del artículo de Martín López Corredoira. Creo que es… esclarecedora.

¡Saludos!

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