El día hace 100 años en que la ciencia descubrió que la Vía Láctea no es la única galaxia del universo
Jeffrey Grube - The Conversation* | Sábado 23 noviembre, 2024
El domingo 23 de noviembre de 1924, hace exactamente 100 años, los lectores de la página seis del New York Times encontraron un artículo interesante entre grandes anuncios de abrigos de piel. El titular decía así: "Se descubre que las nebulosas espirales son sistemas estelares: El Dr. Hubbell confirma que son ‘universos insulares’ similares al nuestro".
El astrónomo estadounidense que protagonizaba el artículo, el Dr. Edwin Powell Hubble, probablemente se sintió desconcertado por la falta de ortografía en su nombre.
Pero la historia detallaba un hallazgo revolucionario: Hubble había descubierto que dos nebulosas en forma de espiral, objetos formados por gas y estrellas, que antes se creía que residían dentro de nuestra Vía Láctea, se encontraban fuera de ella.
Estos objetos eran en realidad las galaxias Andrómeda y Messier 33, las grandes galaxias más cercanas a nuestra Vía Láctea. En la actualidad, se calcula que el universo está poblado por varios billones de galaxias, según las observaciones de decenas de millones de galaxias.
Cuatro años antes del anuncio de Hubble, se había producido en Washington DC un acontecimiento llamado "el gran debate" entre los astrónomos estadounidenses Harlow Shapley y Heber Curtis. Shapley había demostrado recientemente que la Vía Láctea era mayor de lo que se había medido hasta entonces. Él sostenía que podía albergar nebulosas espirales en su interior. Curtis, por su parte, defendía la existencia de galaxias más allá de la Vía Láctea.
En retrospectiva, e ignorando ciertos detalles, Curtis ganó el debate. Sin embargo, el método que utilizó Shapley para medir las distancias a través de la Vía Láctea fue fundamental para el descubrimiento de Hubble y fue heredado del trabajo de una astrónoma estadounidense pionera: Henrietta Swan Leavitt.
Medición de distancias a las estrellas
En 1893, una joven Leavitt fue contratada a modo de "computadora" para analizar imágenes procedentes de observaciones telescópicas del Observatorio del Harvard College (Massachusetts). Leavitt estudió placas fotográficas de observaciones telescópicas de otra galaxia llamada Pequeña Nube de Magallanes, realizadas por otros investigadores del observatorio.
Leavitt buscaba estrellas cuyo brillo cambiara con el tiempo. De entre más de mil estrellas variables (cambiantes), identificó 25 que pertenecían a un tipo conocido como Cefeidas. Los resultados los publicó en 1912.
El brillo de las estrellas Cefeidas cambia con el tiempo, por lo que parecen pulsar. Leavitt descubrió una relación consistente: las Cefeidas que pulsaban más lentamente eran intrínsecamente más brillantes (más luminosas) que las que pulsaban más rápidamente. A esto se lo denominó relación período-luminosidad.
Otros astrónomos se dieron cuenta de la importancia del trabajo de Leavitt: la relación podía utilizarse para calcular la distancia hasta las estrellas.
Mientras estudiaba en la Universidad de Princeton, Shapley utilizó la relación periodo-luminosidad para calcular las distancias a otras Cefeidas de la Vía Láctea. Así es como Shapley llegó a su estimación del tamaño de nuestra galaxia.
Pero, para que los astrónomos estuvieran seguros de las distancias dentro de nuestra galaxia, necesitaban una forma más directa de medir las distancias a las Cefeidas. El método de paralaje estelar es otra forma de medir las distancias cósmicas, pero sólo funciona para estrellas cercanas.
Cuando la Tierra orbita alrededor del Sol, una estrella cercana parece moverse con respecto a estrellas de fondo más distantes. Este movimiento aparente se conoce como paralaje estelar. A través del ángulo de este paralaje, los astrónomos pueden calcular la distancia de una estrella a la Tierra.
El investigador danés Ejnar Hertzsprung utilizó el paralaje estelar para obtener las distancias a un puñado de estrellas Cefeidas cercanas, ayudando a calibrar el trabajo de Leavitt.
El artículo del New York Times hacía hincapié en los "grandes" telescopios del Observatorio del Monte Wilson, cerca de Los Ángeles, donde trabajaba Hubble. El tamaño de los telescopios suele evaluarse por el diámetro del espejo primario.
Con un espejo de 100 pulgadas (2,5 metros) de diámetro para recoger la luz, el telescopio Hooker del Monte Wilson era el mayor telescopio de la época.
Los grandes telescopios no sólo son más sensibles, sino que también crean imágenes más nítidas. Por tanto, Edwin Hubble estaba en condiciones de hacer su descubrimiento.
Cuando Hubble comparó sus placas fotográficas tomadas con el telescopio de 100 pulgadas con las tomadas en noches anteriores por otros astrónomos, se emocionó al ver que una estrella brillante parecía cambiar de brillo con el tiempo, como era de esperar en una Cefeida.
Utilizando los cálculos de Leavitt, Hubble descubrió que la distancia a su Cefeida superaba el tamaño de Shapley para la Vía Láctea. Durante los meses siguientes, Hubble examinó otras nebulosas espirales mientras buscaba más Cefeidas con las que medir distancias.
La noticia de las observaciones de Hubble se extendió entre los astrónomos. En Harvard, Shapley recibió una carta de Hubble detallando el descubrimiento. Se la entregó a su colega astrónoma Cecilia Payne-Gaposchkin, comentando: "Aquí está la carta que destruyó mi universo".
Expansión del universo
Además de estimar la distancia a una galaxia, los telescopios también pueden medir la velocidad a la que una galaxia se acerca o se aleja de la Tierra. Para ello, los astrónomos miden el espectro de una galaxia: las diferentes longitudes de onda de la luz procedente de ella. También calculan el llamado efecto Doppler y lo aplican a ese espectro.
El efecto Doppler se produce tanto en la luz como en las ondas sonoras. Es el responsable de que el tono de una sirena aumente cuando se acerca un vehículo de emergencia y disminuya cuando pasa junto a nosotros.
Cuando una galaxia se aleja de la Tierra, las características del espectro conocidas como líneas de absorción tienen longitudes de onda más largas que si no se estuvieran moviendo. Esto se debe al efecto Doppler, y decimos que estas galaxias se han "desplazado al rojo".
A partir de 1904, el astrónomo estadounidense Vesto Slipher utilizó la técnica Doppler con un telescopio de 24 pulgadas en el Observatorio Lowell de Flagstaff (Arizona). Descubrió que todas las nebulosas, incluida Andrómeda, estaban desplazadas al rojo. Slipher descubrió que se alejaban de la Tierra a velocidades de hasta mil kilómetros por segundo.
Hubble combinó las mediciones de Slipher con sus estimaciones de distancia para cada galaxia y descubrió una relación: cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido se aleja de nosotros. Esto se explica por la expansión del universo a partir de un origen común, que se conocería burlonamente como el Big Bang.
El anuncio de hace 100 años cimentó el lugar de Hubble en la historia de la astronomía. Su nombre se utilizaría más tarde para uno de los instrumentos científicos más potentes jamás creados: el telescopio espacial Hubble.
Parece increíble cómo, en el transcurso de sólo cinco años, nuestra comprensión del universo se hizo más nítida.
*Jeffrey Grube es profesor de Educación en Físca, King's College de Londres
*Este artículo fue publicado en The Conversation y reproducido aquí bajo la licencia creative commons. Haz clic aquí para leer la versión original (en inglés)
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