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El gran reto de los astrofísicos hoy en día es detectar las primeras galaxias que se formaron y cómo evolucionaron

Se busca planeta habitable más allá del sistema solar

¿Es la vida un hecho único y aislado o es común en el universo? ¿Estamos solos? ¿Tuvo el universo un principio? ¿Tendrá un fin? ¿Qué hay más allá del horizonte de sucesos de un agujero negro? ¿Qué es exactamente la materia oscura? Son aún muchas las interrogantes que se nos abren en la investigación del espacio. Sin embargo, ya hay algunas respuestas.

El pasado mes de abril la humanidad pudo, por primera vez, apreciar la imagen de un agujero negro. Como era de esperar, la imagen de ese gigante gravitacional, justo en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de la Tierra, conquistó los titulares y las portadas de medios de comunicación en todo el mundo.

Este acontecimiento revivió el interés por las ciencias de la astronomía y la astrofísica. Y puede decirse “revivió” porque se trata de una pasión casi tan antigua como la humanidad misma. Ese llamado que nos hace buscar qué hay más allá de las estrellas, lejos de extinguirse, se acrecienta en la misma medida que nuevos descubrimientos nos abren las puertas hacia nuevas fronteras. Aún quedan muchas preguntas sin respuesta. Hay innumerables retos para los hombres de ciencia. En los próximos meses y años, la ciencia se concentrará en hallar verdades que han sido, hasta ahora, tan fascinantes como elusivas.

El Universo nos llama

Los seres humanos somos muy eficientes para hallar patrones donde aparentemente no los hay. Ya en los albores de la civilización, el hombre comenzó a estudiar el cielo para descubrir que la posición relativa de ciertos cuerpos celestes antecedía o coincidía con la llegada de las estaciones, el deshielo de ciertas regiones, el florecimiento de determinadas plantas o la migración de algunas especies animales.

Fue así como comenzó a aparecer un creciente interés por desentrañar el misterio que se escondía “allá afuera”. Al principio, las observaciones y descubrimientos hallaron explicaciones mitológicas. Las estrellas eran deidades que hacían florecer la tierra o arreciar las lluvias.

Pero poco a poco, se fue descubriendo que el vasto universo no obedecía a los caprichos de los seres de una dimensión espiritual hecha a la medida de nuestras expectativas. En cambio, respondía a una serie de leyes inmutables que debían ser descubiertas a través de una nueva disciplina: la ciencia.

De esa manera, la civilización se adentró en una búsqueda incesante de conocimiento. Sin embargo, cuando más profundamente nos adentrábamos en el vasto horizonte de la ciencia, aparecían nuevas y más inquietantes interrogantes.

Se trata de un largo camino, que no nos presenta una meta de llegada, sino más bien una serie de etapas que nos llenan con la satisfacción de hallar respuestas. Y ciertamente la humanidad no cesa en su búsqueda.

Entre los próximos pasos en esta apasionante ruta hacia la investigación están los que se detallan seguidamente.

Una gran colisión, una ventana al Universo

Los secretos mejor guardados del universo también pueden ser investigados sin salir de nuestra esfera azul. Tal es el caso del famoso Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que con sus 27 kilómetros es, en la actualidad, el acelerador más grande y potente del mundo.

Ahora, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales (CERN) trabaja en un proyecto para la construcción del que será el sucesor del LHC. De entrada, este nuevo instrumento impresiona por sus dimensiones. Será cuatro veces mayor que su predecesor. Tendrá una longitud mayor que el canal de Panamá.

Universo Investigación

Esta estructura, que por ahora recibe el nombre de Futuro Colisionador Circular (FCC), será capaz de llevar a cabo colisiones de diferentes tipos de partículas a energías nunca vistas. Su construcción tendrá un coste estimado de 9.000 millones de euros.

Estas colisiones permitirían a los investigadores estudiar en profundidad partículas conocidas, como el bosón de Higgs. Y lo harían con una precisión mucho mayor de la que es posible con el LHC. Por otro lado, es posible que los experimentos lleven a descubrir nuevas partículas “supermasivas”.

Sin embargo, el proyecto podría conllevar algunos riesgos. Para desentrañar los misterios del cosmos se pretende replicar un nuevo y más potente tipo de catástrofe subatómica. Esa será la tarea primordial del FCC.

Por otro lado, aparte del bosón de Higgs, el LHC no ha conseguido revelar señales de la existencia de nuevas partículas. En ese sentido, no ha cumplido con las expectativas de los físicos. Ello ha hecho que sea muy difícil lograr el respaldo y financiamiento de un proyecto tan costoso.

Si finalmente el FCC es dejado de lado, Europa podría perder su liderazgo en el campo de la física de partículas, en el que siempre ha estado a la vanguardia.

Mientras el viejo continente deshoja la margarita, el lejano oriente se apresta a jugar sus cartas. China ya ha colocado sobre la mesa su propia apuesta. Se trata de un acelerador similar al propuesto por el CERN: El Circular Electron-Positron Collider (CEPC). Éste podría entrar en funcionamiento a partir de la década de 2030, diez años antes que la máquina europea.

Los expertos del gigante asiático habrían llegado a las mismas conclusiones que los europeos, en términos de objetivos científicos y factibilidad técnica. Así lo ha asegurado Wang Yifang, director del Instituto chino de Física de Altas Energías y líder del proyecto.

La búsqueda de exoplanetas

Todos los planetas de nuestro sistema solar orbitan alrededor del Sol. Los planetas que giran en torno a otras estrellas se llaman exoplanetas. Son muy difíciles de ver con telescopios. Están ocultos por el resplandor brillante de las estrellas sobre las que orbitan. Por lo tanto, los astrónomos usan otras formas de detectar y estudiar estos planetas distantes.

La búsqueda de exoplanetas no es solo una moda. En realidad, es una rama de la ciencia que se encuentra en plena expansión. Así lo ha afirmado Didiez Quéloz, uno de los suizos que en 1995 descubrió 51 Pegasi b, el primer planeta conocido que no pertenece a nuestro sistema solar.

El científico asegura que “esta disciplina va más allá de la astrofísica. Interesa a los geólogos, los físicos de la atmósfera, los biólogos. Hay aquí un nuevo campo de investigación importante que seguirá creciendo”.

Una forma de buscar exoplanetas es hallar estrellas “oscilantes”. Una estrella que tiene planetas no orbita perfectamente alrededor de su centro. Desde lejos, esta órbita descentrada hace que la estrella parezca como un astro bamboleante.

Cientos de planetas han sido descubiertos usando este método. Sin embargo, sólo grandes planetas –como Júpiter, o incluso mayores– pueden ser vistos de esta manera. Los más pequeños, como la Tierra, son mucho más difíciles de encontrar porque crean solo pequeñas oscilaciones por lo que resulta mucho más arduo detectarlas.

Pero es precisamente este tipo de planetas los que revisten mayor interés para los científicos. Y la principal razón es que, mientras más parecido sea un planeta a la Tierra, mayor probabilidad habrá de que pueda albergar vida. Y esta es otra gran barrera que los investigadores esperan superar.

Vida más allá de nuestra esfera azul

Hoy día los investigadores dedican gran parte de sus esfuerzos a la búsqueda, detección y caracterización de planetas telúricos (parecidos a la Tierra). Específicamente están concentrados en ubicarlos en las “zonas de habitabilidad” de sus respectivas estrellas.

Una serie de iniciativas están dirigidas a analizar en gran detalle, mediante telescopios ubicados en diversas parte del mundo, la luz procedente de las estrellas brillantes y próximas con el objetivo principal de encontrar un planeta que reúna las condiciones adecuadas para mantener agua líquida en su superficie (el disolvente esencial para la vida en nuestro planeta).

A estos instrumentos de los telescopios de superficie se suman las misiones espaciales Kepler-2, PLATO, CHEOPS y TESS de las agencias espaciales europea y norteamericana.

Toda esta poderosa instrumentación, junto con el telescopio espacial de nueva generación JWST y el telescopio europeo de grandes dimensiones E-ELT, proporcionará un escenario único con el que descubrir y conocer las propiedades del primer planeta “habitable” más allá del sistema solar.

Origen de las estrellas, los planetas y la vida

Las estrellas y los planetas son los componentes básicos con los que está construido el universo. Por ello, comprender los mecanismos de su formación constituye uno de los mayores retos de la astrofísica contemporánea.

Para alcanzar esa meta, los astrónomos estudian las regiones de las galaxias en las que tiene lugar el nacimiento de estrellas nuevas. Frecuentemente se trata de regiones escondidas en las profundidades de grandes nubes de gas y polvo, que constituyen una suerte de “guardería estelar”, donde nacen las nuevas estrellas.

Sin embargo, estas zonas no resultan visibles con telescopios ópticos. Por ello, se utilizan telescopios que detectan otras bandas del espectro electromagnético, como el infrarrojo (tal es el caso de los telescopios espaciales Herschel y Spitzer), y las ondas de radio (donde opera ALMA y lo hará en un futuro SKA).

La complejidad de estos estudios es tal, que buscan incluso determinar la composición química de estas regiones. Hasta ahora, las moléculas allí detectadas son muy variadas. Van desde el agua hasta algún azúcar simple.

De esta manera, ha nacido una nueva rama: la Astroquímica. Se trata de una disciplina de gran relevancia para la Astrobiología. Y es que, gracias a ella, se podrán hallar claves fundamentales sobre el origen cósmico de la vida.

Hurgar en los archivos cósmicos

El estudio de la historia es clave para entender la realidad de las sociedades modernas. Por ello, los historiadores indagan con frecuencia en bibliotecas, archivos y documentos antiguos, buscando claves para la comprensión de fenómenos sociales y culturales más recientes.

De la misma manera, a los astrofísicos les gusta indagar en el pasado, para averiguar, por ejemplo, cómo se formó la Vía Láctea, la galaxia que es nuestro hogar, o galaxias parecidas a ella en tamaño, forma y composición.

Afortunadamente, las leyes de la física abren una ventana cuando se trata de hurgar en la historia del universo. Ver directamente hacia el pasado es relativamente fácil. Solo hay que buscar galaxias lejanas y, una vez halladas, estudiarlas en detalle.

Al hablar de galaxias muy lejanas, debemos entender que el término “lejana” debe comprenderse en términos astrológicos. Significa que estamos hablando de una galaxia cuya luz ha tardado mucho tiempo en llegar a nosotros. Por ello, cuando vemos la galaxia, no solo estamos observando a la distancia. También estamos yendo hacia atrás en el tiempo.

Para entender las proporciones, pensemos en que, por ejemplo, con los más grandes telescopios terrestres, o el telescopio espacial Hubble, vemos galaxias ubicadas a 13.400 millones de años luz de distancia.

Eso quiere decir que cuando las observamos estamos viendo el universo cuando solo tenía 600 millones de años (actualmente tiene 14.000 millones de años). El Sol ni siquiera existía entonces, y es que en realidad casi estamos viendo cómo estaba naciendo la primera generación de estrellas del universo.

El gran reto de los astrofísicos hoy en día es detectar las primeras galaxias que se formaron y cómo evolucionaron para dar origen a las actuales galaxias, como nuestra Vía Láctea.

El misterio de la materia oscura

Los efectos gravitacionales medidos en la materia que podemos visualizar inducen a pensar que hay algo “desconocido” que no conseguimos percibir. Aunque es imperceptible “eso” constituye nada menos que el 95% del universo. Dicho de otra manera, lo que sí percibimos es solo un 5%.

Existen estudios y observaciones que corroboran el hecho de que muchas galaxias están formadas principalmente por materia oscura. Se estima que la Vía Láctea tiene 90% de materia oscura y solamente un 10% de materia ordinaria.

Para detectar la materia oscura con mayor certeza, los investigadores tendrán que esperar a los nuevos datos que se obtengan del telescopio espacial Hubble. También necesitarán los resultados del telescopio espacial James Webb, lanzado en el año 2013. Sobre todo, hará falta la información que proporcione la sonda espacial Euclid prevista para el año 2020.

La composición de la materia oscura se desconoce, pero las pruebas actuales apuntan a que su componente primario son unas nuevas partículas elementales llamadas en su conjunto como materia oscura.

El universo y la formación de galaxias

Si se confirmara la existencia de una galaxia oscura, sería un dato formidable que serviría para probar la teoría de la formación de galaxias y plantearía la necesidad de dar explicaciones alternativas acerca de qué está formada la materia oscura.

Galaxias Universo

Los modelos del big bang y de la estructura a gran escala del universo han sugerido que tales galaxias oscuras deberían ser muy comunes, pero hasta ahora no ha sido posible detectar ninguna.
Se conoce un tipo de materia oscura: el neutrino. Los neutrinos tienen una masa muy pequeña, no interactúan a través de fuerzas electromagnéticas o de la fuerza nuclear fuerte y son por tanto, muy difíciles de detectar. Sin embargo, parece ser que los neutrinos ordinarios sólo constituyen una pequeña parte de la materia oscura.

Estos sólo son algunos de los retos que nos depara la astrofísica en los próximos años. Muchas otras investigaciones corren en paralelo como las relativas a comprender el origen y características de los púlsares, comprender con mayor claridad el magnetismo del sol (y sus implicaciones para la civilización humana), el crecimiento de los agujeros negros en el centro de las galaxias, el estudio de muestras de asteroides y la composición de los cometas.

Lo cierto es que, con cada luz que nos brinda la ciencia, nuevos misterios aparecen en el horizonte. Se trata de una búsqueda incesante de conocimiento. Un elemento que nos caracteriza como especie.

Quizás, como dijo el astrofísico estadounidense Carl Sagan, “somos el medio para que el cosmos se conozca a sí mismo”.

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