El Universo se oscurece y su luz desaparece ante nosotros

Hace aproximadamente dos siglos alguien se preguntaba, de forma aparentemente ingenua: ¿Por qué el cielo nocturno se ve oscuro? Si en el universo infinito hay miles de millones de galaxias, cada una con un número infinito de estrellas que llevan miles de millones de años emitiendo fotones, entonces el Cosmos debería estar inundado por su brillo sin que exista alguna región oscura. A este enigma se le conoce como “Paradoja de Olbers”, y fue planteada por el astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Olbers en la década de 1820. Dicha paradoja se nos mostraría auténtica si cuando observamos el cielo, notamos en efecto amplias regiones oscuras; no obstante, los cuestionamientos de los astrónomos y físicos que llevaban a cabo desde hace ya siglos sobre la oscuridad del cielo y la naturaleza del universo, nos ofrece un panorama más profundo.

La idea de un Universo limitado que acaba en algún lugar, y por ende con un número finito de estrellas, no se correspondería con los estudios y observaciones hechos a través de instrumentos como el telescopio. Por otro lado, dentro de la teoría general de la relatividad, existen ciertos elementos que nos permite explicar fenómenos del Cosmos como lo es la expansión del universo, y con ello resolver la paradoja de Olbers. Lo que podríamos afirmar en un primer lugar, es que el espacio se expande, haciendo que la luz que nos llega de distancias muy lejanas sufra una alteración.

Esto quiere decir que la luz que emiten las estrellas, al ser ondas electromagnéticas, se estira y vibra cada vez más lento por cada segundo que pasan viajando hasta nosotros. Según la mecánica cuántica, cuanto más lento vibra la luz, menos energía aporta. Por ello, la luz que envían las estrellas llega tan debilitada hacia nosotros que no podemos detectarla, es decir que sólo podemos detectar la luz de las estrellas que se encuentren lo suficientemente cerca. Es así entonces, que en la década de 1960 el astrónomo estadounidense Edward Harrison llega al entendimiento de que el cielo es oscuro de noche porque nosotros no vemos las estrellas que están infinitamente lejos.

En estos momentos, aún podemos contemplar un cielo estrellado y se nos haría difícil imaginar un universo sin luz, en donde al observarlo no se vean las estrellas. Sin embargo, las estrellas que conocemos no brillaban del modo en que lo hacen ahora, pues en los primeros 450 millones de la formación del Sistema Solar (hace unos 4.500 millones de años), el Universo mantuvo un aspecto sombrío. Además, el hecho de que este se esté expandiendo, nos lleva a la idea de que empezó en un estado mucho más comprimido (hace aproximadamente unos 13,77 billones de años). Un universo tan compacto y unos fotones tan escasos hacían imposible ver nada, por lo que las primeras estrellas que iluminaron el firmamento tuvieron que tardar unos 450 millones de años en iluminar el universo lanzando sus fotones.

 

Representación de la cronología del Universo. Crédito: NASA / WMAP Science Team.

Se sabe que llegado un tiempo, cuando su combustible se agote, las estrellas dejarán de emitir luz. Sin embargo, el cielo nocturno se apagará mucho antes de que las estrellas agoten su hidrógeno y helio para dejarnos nuevamente en la oscuridad. La razón, es que cuánto más pasa el tiempo más se alejan las galaxias, y más se separan unas de otras. La expansión del Cosmos diluye la materia y la vuelve menos concentrada. Al “estirarse” las distancias en el espacio, las ondas de la radiación electromagnética se “estiran” igualmente. En consecuencia, al dilatarse hace que su ritmo de vibración también baje por lo que cada vez portan menos energía. Es decir, a causa de la expansión no sólo la luz se diluye, y no sólo los fotones que la componen se alejan entre ellos, sino que además absorbe la energía a cada uno de ellos en aquella vastedad del espacio a lo largo del tiempo.

Dentro de las galaxias el efecto de un espacio que se expande no ocurre, por lo que la luz viaja con normalidad; sin embargo, toda luz que se envía por fuera de nuestra galaxia se tiene que enfrentar a estas distancias cuyo crecimiento altera su energía. En el futuro, las galaxias se habrán alejado tanto y el espacio se expandirá tan rápido que no habrá luz que sobreviva dicho viaje. El Cosmos absorberá tanta energía a la luz que la volverá indetectable, y será tan tenue que no podremos diferenciarla de las emisiones de nuestra propia galaxia, haciendo que el resto de galaxias se vuelvan invisibles.

Pero teniendo en cuenta el principio de la conservación de la energía, en donde ésta no se crea ni se destruye, sino que tan sólo se transforma, ¿a dónde va entonces, toda la energía que pierde la luz a causa de la expansión? Es aquí donde entra la energía oscura, un misterioso tipo de radiación no demasiado conocida de la que apenas se sabe que ocupa el 70% del Universo conocido y que es la responsable de que aumente la presión en el universo, acelerando su expansión. Como consecuencia, las galaxias y estrellas “se alejan” entre sí cada vez más rápido, y en algún momento esta “velocidad” podrá superar la velocidad de la luz.

La cantidad de luz del Universo puede medirse estudiando las cadenas de hidrógeno que se ioniza cuando encuentra luz ultravioleta. Mientras más hidrógeno ionizado se registre, mayor luz debería existir. Muy a lo lejos de la Vía Láctea, el cielo brilla con la llamada “luz de fondo extragaláctica” que se encuentra formada por todos los fotones con longitudes de onda comprendidas entre el ultravioleta cercano y el infrarrojo lejano que han sido radiados por todas las estrellas y galaxias a lo largo de la historia cósmica. Sin embargo, la astrofísica estadounidense Juna Kollmeier afirma que la luz del Sol y las estrellas distantes debería ser mucho más brillante de lo que es. “Ya sea que nuestro conteo de luz de las galaxias o cuásares es inexacto, o existe otra gran fuente de ionización de fotones que nunca hemos conocido”. En efecto, algunas teorías que explican este fenómeno han asociado esta desconocida ionización con la materia oscura.

En unos cuantos miles de millones de años no se verá nada de lo que sucede afuera. Es muy posible de que en el futuro la idea que se tenga de cómo es el Universo sea muy diferente al de la actualidad. Sin una sola estrella, lo único que podría observar una especie consciente en un planeta de un sistema solar como el nuestro sería los planetas y estrellas cercanos que le rodean, y no habría un solo rastro del Big Bang, llegando a la conclusión errónea de que su sistema solar es todo el universo existente, uno que ha sido creado sólo para ellos.

Es una pena saber que el mismo Universo está haciendo que la luz se debilite, no obstante vivimos en una etapa privilegiada en la que nos es posible observar el cielo, ver la luz de las estrellas y enterarnos de lo que ocurre afuera, desde los estrechos rayos gamma producto de las supernovas, hasta incluso escuchar y reconstruir los inicios del universo mismo con la radiación de fondo de microondas. Por esta razón, la ciencia ha basado su conocimiento del Universo en la luz y otras ondas con los fotones que llegan de los más inimaginables lugares.

el-planeta-salvaje-01

René Laloux (1973). La Planète Sauvage

Para saber más

 

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