Apuntes científicos desde el MIT

Al astrofísico Bruno le conocimos hace unos posts cuando nos explicó sus investigaciones sobre el Sol en el Naval Research Laboratory de Washington DC.

Hace unos días me invitó a una fiesta en su casa, y mientras me explicaba lo último en cosmología y porqué el muy freak tenía un póster del Universo situado estratégicamente al lado de su inodoro, llegó Martin.
Tras unos segundos Martin, que no tiene formación científica alguna pero sí mucho interés, empezó a exclamar maravillas sobre lo interesante que le resultaba la ciencia, y que le encantaría saber mucho más sobre el Universo.

“Pues pregunta…” dijo Bruno.
“¿hay ovnis y extraterrestes entre nosotros?” contestó Martin…
No pude contener la risa al ver los ojos como platos del pobre Bruno… quien tras reponerse del shock contestó: “vida extraterrestre, e inteligente, es muy posible que sí haya. Pero muy lejos como para contactar con nosotros”.
Yo añadí: “Y no sólo debemos jugar con el factor distancia, sino también con el tiempo. Sería una gran casualidad que en los miles de millones de años de existencia del Universo vivieran justamente en este insignificante momento en que nosotros podríamos reconocerlos… Quizás sí hubo vida tecnológicamente más avanzada que la nuestra hace miles de millones de años, y ya se ha extinguido…”
“De eso no estoy tan seguro”, replicó Bruno. “Primero se tuvieron que formar las estrellas, fusionar los elementos químicos en su interior, esparcirse por el espacio, encontrarse en planetas, crear vida, dejar que evolucione… todo este proceso requiere un tiempo, la vida no puedo haberse formado tan y tan pronto…”

Espantamos a Martin, y convencí a Bruno Sánchez Andrade Nuño para que fuera otro fichaje del post, y que nos transmita periódicamente los ultimísimos avances y reflexiones en el campo de la cosmología en la sección “Apuntes astrofísicos desde el planeta Brunosan”.
Pero en su primera intervención… debería responder la pregunta sobre los extraterrestres, que es la que interesa a una gran parte de la población, y de paso si es posible cuando es lo más pronto que pudiera haber existido vida en algún rincón de ese Universo que Bruno tenía colgado de la pared de su baño…

Vida extraterrestre en el lavabo, por Bruno Sánchez Andrande Nuño

¿Podría una vida extraterrestre con miles de millones de años de ventaja tecnológica contactarnos? Esa fue la pregunta de Pere.

La respuesta que posiblemente daría un científico, redondeado al sí o no, es… no. No es esperable que nos vayan a contactar seres extraterrestres inteligentes. Hablar de estos temas involucra muchas ramas de la ciencia, con argumentos muy delicados y, en ningún caso, escalas fácilmente tratables. Incluso para aquellos que podamos entender mejor algunas de esas ramas involucradas, nos resulta difícil tener una idea global clara. Además, la obstinada tendencia social a lo pseudocientífico, magufadas o mitos urbanos ha convertido este tema en algo tabú, donde el optimista queda encasillado rápidamente en creyente de ovnis.

En este post intentaré dar una visión general de este problema, reconociendo su importancia y la fuente del optimismo que mucho tenemos de que sí existe vida extraterrestre, y de hecho puede que ésta sea inteligente. El optimismo no es un argumento científico pero, como trataré de argumentar los eslabones de la cadena lógica son muy holgados y dan mucho margen a la interpretación.

Creando los ingredientes de la vida

La física estelar puede aportar su grano de arena en este sentido. Para formar vida se necesita tener elementos atómicos (Oxígeno, Nitrógeno, Hierro, ... ) y éstos sabemos que se crean en el interior de las estrellas. Son las "cenizas" de la combustión estelar. Por tanto, hacen falta al menos una o dos generaciones de estrellas para tener suficientes materiales. Éstos además han de colapsar en tierras sólidas al abrigo de una estrella tranquila.
Después del Big Bang, hace 13 mil millones de años, hicieron falta unos 100 millones de años para que el universo se tranquilizara y permitiera a las primeras estrellas encenderse. Las estrellas duran típicamente entre mil millones y 10 mil millones de años, tras los cuales las nubes de elementos han de colapsar de nuevo para crear nuevos soles y, quizás una de cada 10, planetas. Este colapso puede durar unos diez millones de años. Además, estos planetas han de estar a una distancia cómoda, "habitable".

Como se puede ver, esta secuencia de sucesos sigue un curioso patrón, que se repetirá la mayoría de las suposiciones para llegar a la comunicación con vida inteligente extraterrestre. En todos ellos hay una incertidumbre o rango de valores. Cada paso puede requerir menos tiempo que la misma incertidumbre del paso anterior. Los optimistas pueden esperar un mensaje de vida inteligente en cualquier momento antes que los pesimistas piensan siquiera tener la generación de estrellas que crea los elementos.

De la tierra yerma a la vida espacial

Los ingredientes de la vida pueden estar colocados en el sitio correcto en el momento correcto. Lo que hace falta para que de ahí surja la vida, inteligente o no, es terreno desconocido. Existen varios experimentos y métodos propuestos, pero ninguno ha sido concluyente. Lo que si parece claro es que en nuestro caso no tardó mucho tiempo. Desde el punto de vista de la evolución de un planeta, nuestra Tierra no había acabado de aposentarse en un equilibrio cuando las primeras formas de vidas surgieron. Desde éstas al estado actual han pasado 4 mil millones de años. Durante este progreso el ritmo de la evolución ha sido cada vez más rápido . En esta carrera de improbabilidades mirar hacia el futuro es prometedor. Al Sol le quedan otros 4 mil millones de años de fase tranquila. ¿A dónde llegaremos entonces? En términos sociales nuestra carrera espacial ha sido un parpadeo. En términos evolutivos, los homo sapiens se volvieron inteligentes hace un momento. En términos estelares, el Sol no ha cambiado nada desde que la vida apareció en una mota de polvo (la Tierra) perdida en la distancia. En términos galácticos el Sol es una estrella del montón, de la tercera generación, que no ha acabado siquiera de dar su vigésima vuelta alrededor del centro galáctico.

La Universalidad de las cosas naturales

En esta minúscula mota de polvo que rodea al ordinario Sol nos preguntamos cómo de especiales somos. Sea como fuere, aquí en la Tierra rigen las mismas leyes naturales que en cualquier otro sitio. Y parece que existen millones de estas mismas motas de polvo. Esas mismas leyes pueden haber sido favorables en otro lugar, a cierta distancia de nosotros.
Hace unos años, el optimista Carl Sagan estimó que la distancia media entre "vecinos" es de 10.000 años luz. Aún en este caso enviar un simple pulso de luz, la máxima velocidad posible, tardaría este tiempo en llegar. Para entonces esa sociedad habría avanzado igualmente 10.000 largos años. El receptor, si está escuchando, habría de entenderlo y poder responder con suficiente potencia, y otros tantos años después, recibiría la respuesta. Todo esto suponiendo que ambos interlocutores sean de hecho capaces de desarrollar a tiempo la inteligencia de entender el mensaje.

La fuente de mi parcial optimismo parte de estas ideas. Si la improbabilidad concediere una oportunidad a la inteligencia, el resto es sólo cuestión de tiempo, muy poco tiempo en escalas geológicas. Tiempo para evolucionar, como nosotros. Tiempo para preguntarse por el Universo, como nosotros. Para descubrir las mismas leyes y las mismas galaxias. Otros nombres y otras unidades, pero las estrellas de su cielo se verán igual de intrigantes. Aventurarse, como nosotros ya hacemos, a buscar otros planetas. No lo veo descabellado. Nosotros ya hemos descubierto más de 300 planetas fuera del sistema solar. De hecho, ya somos incluso capaces de detectar la composición, temperatura y distribución de las atmósferas de algunos de ellos.

¿Hay vecinos en nuestra galaxia?

No parece imposible pensar que haya vida, ahora mismo, en algún otro lugar en nuestra misma galaxia. Y apurando el optimismo, que ésta pudiera haber evolucionado ya hacia la inteligencia. Este "ya" es en términos estelares, es decir con unos cuantos millones de años de incertidumbre. El rango que Carl Sagan estimaba la distancia entre vecinos es mucho menor que esto, por tanto no es imposible que vayamos a detectar vida "ahora". Desafortunadamente ese ahora es demasiado grande en términos humanos o sociales para que tenga algo de sentido práctico para nosotros. En última instancia, una vez obtenida la civilización inteligente, cabe preguntarnos cuánto puede durar ésta. En nuestro caso no hace ni 100 años que sabemos de la inmensidad del Universo y ya vemos que estamos poniendo nuestro propio planeta en peligro. Escenarios globales de mutua destrucción bélica, cambios climático, pandemias, ... Ser optimista respecto a la vida inteligente extraterrestre implica que la humanidad, como paradigma, pueda celebrar un lejano millardo de edad.

Platillos volantes y portales temporales

Para jugar a este juego de vida extraterrestre, inteligente o no, tenemos que poner ciertas normas. No sabemos si otras formas de vida son posibles, si se nos escapa alguna ley que permita viajes galácticos, o si existen agujeros espaciotemporales. El tiempo dirá qué maravillas, para nosotros impensables, nos descubrirán los científicos en los siglos venideros. De momento, juguemos con la reglas que conocemos, el resto no es más que ciencia ficción. Obviamente esto incluye pensar que seres verdes vienen a esta mota de polvo del Sistema Solar a abducir granjeros en mitad de la noche o construir casas en la Luna.

Y todo esto vino a cuento de un póster sobre el Universo que tengo puesto en la pared del baño, a modo de lectura para momentos de reflexión…

Si os preguntaran cuál es el diámetro de la supernova que veis en la imagen… ¿os atreveríais a dar un orden de magnitud? Por ejemplo: ¿Cuál sería su tamaño en relación a nuestro sistema solar?

La semana pasada visitamos la sala de operaciones del telescopio espacial Chandra –X Ray acompañados por su director adjunto, Claude Canizares . Hablamos de astrofísica y de la observación del espacio. En un momento determinado nos mostró la imagen de una supernova (no puedo asegurar que fuera la misma de la izquierda) y un compañero le preguntó sobre su tamaño real. “Un par de años luz de diámetro”, dijo Claude Canizares; “Nuestro sistema solar entero sería un puntito indistinguible en esta fotografía”. ¿¿¿Cómo??? Había visto multitud de imágenes de estas explosiones estelares, pero nunca había caído en que sus dimensiones eran tan espectaculares.
De golpe empecé a plantearme dudas sobre mi capacidad de comprender ciertas fotografías del Universo… ¿Los colores tenían algún significado? ¿qué veía un telescopio de Rayos X, uno óptico, y uno de infrarrojos?¿Qué imágenes eran más relevantes desde el punto de vista científico? Algunas de las que venían a mi memoria ¿eran reales o ilustraciones?… ¿Qué más me estaba perdiendo por no tener clara su interpretación?

Dos días después fui al Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics . Allí Megan Watzke me explicó algunos aspectos básicos para poder apreciar mejor la información que contienen estas fabulosas imágenes, y comentamos algunas en concreto.
Además de esto, me dio un póster muy bonito (derecha).
Este fin de semana he tenido visita. Un par de mis amigos se quedaron prendados con el póster “a mi esta es la que más me gusta…”, “qué colores más espectaculares…”, “esto parece Marte…”, pero comprobé que tenían las mismas lagunas que yo sobre el significado real de lo que estaban viendo.
Entonces pensé en escribir un post presentando algunas imágenes de las que discutimos con Megan. No con el objetivo de educar, sería pretensioso y hay otros sitios excelentes, sino simplemente como excusa para plantear algunos detalles que generalmente pasan desapercibidos.

Cassiopeia A
Esta imagen de la supernova Cassiopeia A es una composición de fotografías hechas con 3 telescopios espaciales: el Chandra (Rayos X), el Hubble (óptico), y el Spitzer (infrarrojos). Cada uno ve una cosa diferente.
El color rojizo es polvo a unos 10ºC captado por el Spitzer.
La imagen del Hubble (coloreada con tonos amarillentos) corresponde a las estrellas del fondo y a estructuras filamentosas de gases a 10.000 ºC.
Las brutales colisiones entre átomos de los gases más calientes (10 millones de grados Celsius) emiten Rayos-X que son captados por el Chandra. Están representados por los colores azul y verde.
La temperatura es clave. Cuanto más caliente está un objeto, emite una radiación a longitudes de onda más energéticas. Nuestros ojos sólo distinguen un pequeño fragmento de la luz que recibimos : la fracción visible. Por debajo están los infrarrojos, microondas… y por encima los ultraviolados, rayos-x, rayos gamma…
Con detectores específicos podemos detectar estas longitudes de onda y ver fenómenos que no percibiríamos con un telescopio óptico “convencional”. Por ejemplo, las supernovas son eventos tremendamente energéticos, que se observan muy bien con el Chandra X-Ray. En cambio la radiación infrarroja captada por el Spitzer resulta ideal para identificar regiones de gas en las que se están formando planetas y naciendo nuevas estrellas. Poder combinar las imágenes de los diferentes telescopios nos da información mucho más precisa sobre la estructura y evolución de los objetos del Universo.

Sombrero Galaxy
Esta Galaxia llamada Sombrero , situada a 28 millones de años luz de distancia, es un buen ejemplo de ello.
El color azul es gas caliente captado por el Chandra, y los quasars en el fondo.
El color verde es la imagen óptica del Hubble. En esta imagen ampliada podréis distinguir un borde de materiales en el contorno de la galaxia que bloquean la luz de las estrellas interiores. Ese material se aprecia muy bien con la imagen infrarroja del Spitzer. Superponiendo las tres imágenes los científicos pueden entender mejor la composición del Sombrero Galaxy.
Quizás os habéis percatado que aquí los astrofísicos han coloreado de verde la imagen óptica, y en la fotografía anterior el mismo color correspondía a Rayos-X. El color de las imágenes astronómicas no es completamente arbitrario, los tonos azulados siempre representan energías superiores a los verdes, y estos superiores a los rojizos. Pero no hay necesariamente una relación de color entre diferentes fotografías. El objetivo en cada caso es distinguir de la forma más clara lo que se pretende mostrar.

El centro de la Vía Láctea
Quizás no se trate de una fotografía tan espectacular, pero esta combinación de imágenes de rayos X nos muestra el centro de nuestra galaxia. Se pueden ver cientos de enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros inmersos en una niebla incandescente a muchos millones de grados centígrados. Según Megan Watzke en su momento fue muy reveladora porque permitía entender cómo la región central de nuestra galaxia afectaba a las estructura entera, y se podía observar el agujero negro supermasivo en su epicentro, 3 millones de veces más pesado que nuestro sol.

Evidencias directas de Materia Oscura
Esta imagen fue la primera gran evidencia visual de la materia oscura.
Lo que estáis observando son dos enormes agrupaciones de galaxias colisionando, el tipo de evento más energético del Universo después del Big Bang.
El color rosáceo es gas caliente detectado por el Chandra X-Ray, y representa el lugar donde se encuentra la materia “normal”. Sin embargo, los astrofísicos utilizaron otra técnica llamada “lentes gravitacionales” para detectar dónde se encontraba la mayor cantidad de materia, y vieron que no coincidía con la imagen del Chandra. El color azulado representa la materia oscura.
La idea básica de las lentes gravitacionales es la siguiente: Los científicos miran las estrellas situadas en el fondo de la imagen (con el Hubble; colores amarillo y anaranjado). En principio ellos saben su posición “teórica” exacta. Si ven que están en otro sitio de lo esperado, es que hay “algo” en medio que ha distorsionado la luz que nos llega de ellos. Si este “algo” es invisible, es decir, no lo detectamos de ninguna forma, es que se trata de materia oscura.

Los Pilares de la Creación
Al ver la siguiente imagen uno de mis amigos me dijo: “esta me suena, pero es un dibujo, no?”. Realmente lo parece. Sin embargo, es quizás la imagen más famosa del Hubble. Se llama los pilares de la creación, porque muestra una gigantesca nube de polvo en cuyo contorno se están formando estrellas y sistemas solares completos.
También es conocida como la nebulosa del Águila, y es la imagen astronómica más reproducida en películas, representaciones artísticas... Tanto, que se puede confundir por una ilustración. Imágenes posteriores con el Chandra X-Ray y el Spitzer permitieron precisar los lugares donde se estaban formando estrellas, e indicaron que de hecho se estaban creando menos de las que inicialmente se había creído.

Hay galerías enteras de imágenes astronómicas espectaculares. De planetas, galaxias, agujeros negros, estrellas de neutrones… algunas son más bellas, otras más informativas… pero todas ellas despiertan nuestra curiosidad, la fascinación por el descubrimiento, y nos estimulan a intentar comprender científicamente el Universo.
El 2009 será el Año Internacional de la Astronomía , y precisamente entre sus objetivos está utilizar el indudable atractivo que genera el espacio para acercarnos un poco más a la metodología científica.
Y es que siendo capaces de descifrar la información que contiene la fotografía de una supernova, podemos apreciar otros niveles de belleza más allá de la estética.