Apuntes científicos desde el MIT

Cuando entré en el despacho de Vera Rubin en la Carnegie Institution de Washington DC, lo primero que vi fue una reproducción del diagrama que la convirtió en una de las astrónomas más reconocidas del siglo XX.
“¡Ésta es la fotografía de Andrómeda con la que usted descubrió la materia oscura del Universo!”, exclamé.
“No, no, no, no… yo no descubrí la materia oscura”, replicó. “Yo observé que las galaxias giraban de una manera totalmente inesperada según las leyes de Newton y Kepler. Esto se interpretó como la primera evidencia de que la materia oscura existía, y continúa siendo la hipótesis más factible, pero también podría ser que arrastráramos un error fundamental en las ecuaciones que utilizamos para describir el movimiento de los cuerpos celestes….”

Vera Rubin es una mujer encantadora. A sus 80 años continúa investigando a diario en una institución científica donde todo el mundo la venera, y sorprendiéndose de que alguien pueda mirar al cielo nocturno sin sentir deseo por conocer la estructura del Universo.

La materia oscura del Universo
Cuando a mediados de los años 60 Vera Rubin empezó a medir la velocidad de rotación de las estrellas de la galaxia Andrómeda observó algo muy extraño: las situadas en los extremos giraban casi a la misma velocidad que las más internas. ¡Esto no tenía sentido! Las zonas centrales de la galaxias tenían una densidad de materia muy superior, y según las leyes fundamentales de la astrofísica, allí las estrellas deberían rotar mucho más rápido.
Su primera reacción fue pensar que las mediciones estaban equivocadas, o que Andrómeda tenía un comportamiento anómalo. Sin embargo, cuando analizó otras galaxias espirales y vio que en todas ocurría lo mismo (la velocidad de rotación de las estrellas no disminuía a medida que se alejaban del centro), se dio cuenta que algo importante no encajaba...
La publicación en 1970 de sus inequívocos resultados agitó a toda la comunidad cosmológica: si las estrellas en el exterior de las galaxias giraban a la misma velocidad que las centrales... eso implicaba que debían estar rodeadas de la misma densidad de materia! Pero... ¿qué materia? Los astrónomos continuaban viendo que las zonas externas estaban más vacías...

En los años 30 Fritz Zwicky ya había postulado que el universo podía estar plagado de una materia oscura desconocida que afectara al movimiento de las galaxias, pero los datos de Rubin fueron la prueba experimental de su existencia. Lo sorprendente del caso es que no se podía tratar sólo de planetas, meteoritos, u otros cuerpos que permanecían ocultos a los telescopios porque no emitían luz; la cantidad de materia requerida para que las observaciones de Rubin encajaran con las leyes físicas era de tal magnitud, que debía estar constituida por algún tipo de partícula absolutamente desconocida.

Desde entonces el análisis de clusters de galaxias y fenómenos como las lentes gravitacionales han confirmado que el 21% del Universo está formado por un tipo de materia totalmente diferente a la que conocemos, y cuya naturaleza continúa siendo un misterio.

“Me extraña mucho que en 40 años los físicos de partículas no hayan averiguado ya qué es esta materia oscura. Me resulta muy, muy extraño”, dijo Vera Rubin. “Pero parece que están cerca de conseguirlo, ¿no?. Lisa Randall en Harvard me explicó que sobre la energía oscura van perdidísimos, pero que para la materia oscura ya tienen muchos candidatos, y probablemente con el LHC podrán comprobar si está constituida por neutrinos, WIMP’s… o cualquier otro tipo de partícula…”, contesté.
La ventaja de conversar con alguien que ha vivido la historia de la ciencia en primera persona es que te puede responder “Eso llevan diciéndolo desde hace 30 años. Precisamente a principios de los 80 asistí a un congreso en Harvard donde dijeron que en 5 años lo sabrían con total seguridad. Lo mismo oí varias veces en los 90, también en el 2000, y hace unos meses aquí en Washington DC. Y continúan igual de perdidos. Vale la pena que entiendan qué es la materia oscura pronto, porque algunos científicos ya empiezan a desconfiar de que realmente exista, y buscan otras explicaciones a los fenómenos que observamos.”

Ciencia en primera persona
Me cuesta horrores recortar las dos horas que pasamos charlando sobre cómo ha cambiado la astronomía en los últimos 100 años, sobre la probable construcción de telescopios en la luna, sobre su doctorado con Gamov, sobre exoplanetas, y sobre su convicción de que existen civilizaciones inteligentes esparcidas por el Universo. “Nuestra galaxia tiene 200 mil millones de estrella, y sabemos que existen como mínimo 200 mil millones de galaxias. No importa de cuantas maneras quieras combinar los elementos químicos. Me sorprendería muchísimo que no hubiera seres parecidos a nosotros, y muchos otros tipos de vida, en un Cosmos tan descomunal”.

Tampoco puedo dejar de comentar alguna de sus anécdotas como mujer científica. Cuando Vera Rubin empezaba su carrera, en el telescopio californiano de Mount Wilson sólo aceptaban hombres con la excusa de que no había baño para mujeres. Ella pedía hora en nombre de su marido, también científico, y utilizaba el telescopio como si nada. Se ve que un día colgó un recorte de papel con figura de mujer en la puerta del cuarto de baño y dijo “Mirad! Ya hay servicios de mujeres!”.
También explica que su primer contacto con la revista Nature fue enviarles una carta al director quejándose de una oferta laboral que decía textualmente “las mujeres igualmente cualificadas recibirán un 20% menos que los hombres”. No la publicaron.
No niega que el machismo en ciencia haya mejorado muchísimo, pero recuerda que al inicio de su carrera pensaba que una vez jubilados los científicos machistas de 70 años, la nueva generación de jóvenes que empezaban a trabajar con mujeres tendrían una actitud completamente diferente. Y no fue así en absoluto.

Hay personas que te inspiran, y Vera Rubin sin duda es una de ellas.
Supongo que a tod@s os ha ocurrido que cuando conocéis a alguien “especial”, sentís la necesidad de contárselo a aquellos de vuestros amig@s que sabrán apreciarlo. Para mi es un lujo poder compartir en este blog la satisfacción de haber estado con alguien que en su octava década de vida continúa apasionándose por el conocimiento científico y es capaz de decirte de un tirón “en la primera década del siglo XX descubrimos que el universo se expandía, en los años 20 que nuestro sol no era el centro de la vía láctea, en los 30 que había galaxias fuera de la nuestra propia, en la década de los 40 y 50 aprendimos a interpretar las ondas que nos llegaban del espacio, en los 60 descubrimos la radiación de fondo de microondas, en los 70 la materia oscura, en los 80 vimos que en el centro de cada galaxia había un agujero negro, en los 90 llegó la energía oscura y la expansión acelerada del Universo, y esta primera década del siglo XXI está siendo la explosión de los planetas extrasolares. Ha sido un gran siglo, y no hay ninguna razón para imaginar que esto vaya a parar…”

Uno de los momentos más gratificantes intelectualmente es el “aha!-moment". De repente descubres una idea nueva, que ni siquiera habías contemplado, y clarifica algo que en el fondo no comprendías, o que simplemente desconocías por completo.

Hoy he tenido uno de esos “aha!-moments”. Me he dado cuenta que el Universo es mucho mayor de lo que yo pensaba…

Mi visión acerca del tamaño del Universo era así de simplista: Si lleva 13700 millones de años expandiéndose, y nada puede superar la velocidad de la luz, entonces el diámetro del Universo será –más o menos- unos 27400 millones de años luz. Nunca le había dado muchas vueltas, pero me parecía una aproximación bastante lógica.

Pero esta mañana he encontrado a mi compañero Ivan Semeniuk cuando regresaba de una clase con Alan Guth (el cosmólogo que en 1981 creó la teoría del Universo Inflacionario), y hemos empezado a hablar de la expansión del Cosmos. De golpe, he visto que mi planteamiento estaba equivocado por completo, y que la realidad desafía constantemente a eso llamado “sentido común”.

Mi grave error era visualizar el Big Bang como una explosión convencional, como fuegos artificiales, y considerar que las galaxias se alejaban unas de las otras sólo fruto de este estallido inicial.
De hecho, hasta los años 90 muchos astrofísicos tenían esta visión “clásica” del Big Bang. La gran duda en ese momento era si el Universo continuaría expandiéndose por siempre, o si su densidad sería suficientemente grande como para que la gravedad detuviera del todo su expansión, y le hiciera retroceder de nuevo hasta un Big Crunch.

Pero en 1998 se obtuvo uno de los resultados más inesperados en la historia de la astronomía. Analizando la luz procedente de supernovas, los científicos observaron que el Universo se expandía... ¡cada vez más rápido! ¿¿¿Como??? Nadie esperaba este resultado tan anti-intuitivo. ¿qué fuerza misteriosa estaba acelerando la expansión del Universo?

Quizás ya habéis oído varias veces que el 96 % de nuestro Universo está formado por una materia y energía oscura desconocidas. La materia oscura no quita el sueño a los científicos, tienen varios candidatos a constituirla con nombres como wimps, axions, neutrinos… y existen varias teorías que tarde o temprano la explicarán.
En cambio, la energía oscura les tiene absolutamente desconcertados. Representa el 74% de todo lo que existe en el Universo, es la responsable su expansión, y según nos aseguró durante una charla en Harvard el astrofísico Christopher Stubbs, es el misterio más profundo de la física actual.
Evidentemente hay muchos aspectos del Cosmos que no conocemos, pero la energía oscura representa un problema diferente, implica la existencia de algún error fundamental en nuestro modelo cosmológico actual, requiere una ciencia nueva que los científicos todavía no comprenden. Stubbs dijo que están buscando algo que no encaje, y augura que cuendo lo encuentren asistiremos a una gran revolución en el mundo de la física.

¿Pero qué tiene que ver esto con el tamaño del Universo? Todo!, ya que confirma la idea más aberrante que os podáis imaginar: Las galaxias no sólo se alejan unas de las otras debido al efecto del Big Bang. El propio espacio entre ellas también se ensancha, se expande, alejándolas todavía más.

Quizás os estéis imaginando algo parecido a una gravedad negativa, que separe en lugar de unir, pero no, no es eso, es algo mucho más extraño. El mismísimo espacio se está inflando por dentro.
Os recomiendo encarecidamente fantasear sobre este inverosímil concepto, pero no pretendáis comprenderlo, nadie lo ha conseguido del todo.

Desconozco si el siguiente dato está actualizado (si conocéis algún físico quizás le podáis reenviar esta entrada y que nos lo confirme), pero en Mayo del 2004 Neil Cornish publicó que el Universo debería tener como mínimo 156 mil millones de años luz.
La paradoja es obvia: el fotón más antiguo que nos pueda alcanzar empezó su viaje por el Universo hace 13.700 millones de años, pero debido a la expansión interna del espacio, el punto del que partió se encuentra ahora a 78.000 millones de años luz.

Yo reconozco que a mi esto me deja boquiabierto. Sólo el imaginarlo ya me resulta fascinante, y me cuesta creer que pueda dejar indiferente a alguien. Aquellos que este fin de semana estéis de cena navideña con los compañeros de trabajo, si en algún momento ya no sabéis de qué hablar, siempre les podéis preguntar: tu sabes cuanto mide el Universo?