Hubble, el telescopio que fue miope

Tormenta perfecta de gases turbulentos en la nebulosa del cisne / NASA, ESA y J. Hester (ASU)

Corría el año 1990, el muro de Berlín ya formaba parte de la historia, Felipe González lo petaba en España y la agencia espacial europea y la NASA decidieron, sin prestar ninguna atención a los hechos anteriores, lanzar el que hasta la fecha de hoy es uno de los satélites más famoso de la historia. Queridos lectores, estoy hablando del telescopio Hubble, una máquina que fue diseñada para mirar las estrellas.

El telescopio Hubble sigue operativo (y lo que le queda) en la órbita baja de la Tierra. Siendo capaz de captar la luz en distintos espectros ha supuesto no sólo un gran avance en el ámbito científico, sino también en la divulgación de la astronomía. Probablemente la mayoría de fotos que hayáis visto del espacio las ha tomado el Hubble. Curiosamente, cualquiera es, en teoría, capaz de hacer uso del telescopio. Esto no quiere decir que mañana lo pida y al mes lo tenga, pero no hay restricciones ni de tipo académico ni gubernamental. Todo es cuestión de ponerse a la cola.

A todos nos encanta el Hubble, pero no todos sabíamos que su lanzamiento fue ensombrecido por una catástrofe: la criatura era miope. Para el que no lo sepa, la miopía es una enfermedad que se caracteriza porque la imagen situada en el infinito (el punto a partir del cual el ojo deja de medir las distancias) se proyecta por delante de la retina, en lugar de sobre ella, como debería ser. Por eso los miopes ven bien de cerca y mal de lejos, porque las imágenes lejanas no se proyectan donde deben, ocasionando una percepción borrosa. Una persona con miopía puede apañárselas únicamente viendo de cerca o poniéndose algún tipo de lente correctora.

El problema al que se enfrentaba el Hubble es que su enfoque siempre era lejano, hacia las estrellas, y seamos sinceros, es bastante complicado ponerle gafas a un telescopio a 600km sobre la superficie de la Tierra. En concreto, la afección de nuestro querido telescopio se debía a que uno de los espejos que empleaba su mecanismo se encontraba mal pulido. Lo que sucedió es que el espejo era 2.2 micrómetros más plano en relación a como debía ser (vamos, nada). Pese a todo esto, durante los primeros tres años de su misión, pudo tomar fotos de objetivos menos importantes. Algunas técnicas de procesado de imagen ayudaron, ya que se conocía exactamente el error presente.

Cúmulo de la galaxia Abell / NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis) y A. Mahdavi (San Francisco State University)

En 1993 fue reparado y ahí sigue, mirando hacia el infinito. Esta no fue la única reparación que necesitó, pero sin duda es la más importante, ya que es un claro ejemplo de las implicaciones que tienen los pequeños detalles cuando se construye algo tan grande y valioso.

Pepe "Puertas de acero" Pérez

BONUS: Haz click aquí para ver una galería de fotos tomadas por el Hubble.

Júpiter ¿héroe o villano?

¿Qué influencia tiene Júpiter sobre nuestras vidas?

Zeus, el dios entre los dioses, Júpiter, el rey del Olimpo. Conocido por su ira y su trueno, pero también por su compasión hacia los mortales. El Júpiter de nuestra parcela del Universo es un gigante gaseoso que se encuentra más allá de la órbita de Marte. Es tan masivo que por sí solo acapara más del doble de la masa combinada del resto de planetas, pero ¿qué influencia puede tener un cuerpo tan lejano sobre nuestras vidas? La respuesta está en el cinturón de asteroides.

El sistema solar y el cinturón de asteroides.

El cinturón de asteroides es una región comprendida entre la órbita de Marte y la de Júpiter, en la cual se encuentra una gran concentración de estos cuerpos celestes. Tiene su origen en la nebulosa que dio origen a los planetas y el Sol. Sin embargo, mientras que el resto de planetas si pudieron agregar materia para formarse, los escombros presentes en el cinturón se encontraron frente a un elemento contra el cual no podían luchar: Júpiter. El gigante, ya formado, tiraba (y sigue tirando) de la masa que, pese a que seguía girando alrededor del Sol, no podía agruparse para formar un nuevo planeta. No contento con esto,  se estima que la perturbación gravitacional joviana es la causante de que la masa total del cinturón de asteroides haya pasado de ser similar a la de la Tierra a parecerse más a la de la Luna.

Pese a que se nos haya hecho creer que el cinturón de asteroides es un sitio peligroso, esto no es así. No se parece en absoluto a la maravillosa escena en la que el Halcón Milenario, huyendo del planeta Hoth, esquiva a los destructores imperiales a través de un campo lleno de asteroides. Aún así, es cierto que las colisiones entre asteroides se suceden de manera frecuente (según la escala de tiempo astronómica) pero en general se trata de una región casi vacía, muy tranquila. De hecho, las sondas Voyager y Pioneer lo han atravesado en sus misiones más allá de Marte y no han sufrido problema alguno. Aunque la región sea dispersa, la distribución del número de cuerpos (en función de su distancia al Sol) tiene un aspecto inusual que se puede ver en la siguiente figura.

Distribución de asteroides en función de su distancia al Sol.

Los huecos en la gráfica se deben a la interacción que se da entre Júpiter y los cuerpos que orbitan en esas regiones. Cada cierto tiempo Júpiter se alinea con asteroides presentes en zonas concretas, de tal manera que coinciden sus periodos orbitales. De esta manera la influencia que ejerce este gran planeta es mayor que durante el resto del tiempo y se produce un "tirón", el cual aplicado periódicamente es capaz de desestabilizar la órbita de los asteroides presentes en esas regiones. Este fenómeno se denomina resonancia orbital y es el responsable de que en ciertas zonas del cinturón de asteroides (conocidas como huecos de Kirkwood)  el número de cuerpos decaiga drásticamente. 

Este tipo de resonancia se da cuando los períodos orbitales (el tiempo que tardan en rotar alrededor del Sol) de dos cuerpos cumplen una cierta proporción entera. Es decir, si hay una resonancia del 3:1, significa que el cuerpo que se encuentra en esa zona del cinturón de asteroides da 3 vueltas alrededor del Sol cuando Júpiter sólo ha dado una de ellas. Por tanto, cada cierto tiempo se alinean los cuerpos y la atracción gravitatoria es mayor. Esto hace que los asteroides que se encuentran en los huecos de Kirkwood, tras entrar en resonancia con Júpiter innumerables veces, vean su órbita desestabilizada, por lo que el trayecto que acostumbraban a seguir se ve modificado. El problema es que no salen de esas zonas para irse a otra región no resonante del cinturón, sino que tras innumerables perturbaciones el cuerpo acaba tomando una órbita elíptica que lo saca del cinturón (es un proceso muy lento, pero cada vez la órbita se vuelve más elíptica). En cualquier caso, todo asteroide que se encuentre en una zona de resonancia orbital tiene todas las papeletas para salir de ahí por las malas. De ahí que haya tan pocos asteroides en esas zonas. Han sido expulsados.

Si lo pensamos bien, Júpiter no es ni un héroe ni un villano. Si no hubiera impedido la formación de un planeta  entre su órbita y la de Marte, no sabemos si las condiciones para la vida en la Tierra habrían sido las mismas. Aún así los efectos de la resonancia orbital han ocasionado que más de un asteroide se haya visto catapultado hacia la parte interior del Sistema Solar, planteando (con una baja frecuencia) un problema para nuestro planeta.

Pepe "Puertas de acero" Pérez

La muerte de las estrellas

Supernova. Foto cedida por  NASA's Marshall Space Flight Center

Todos los días, cuando salimos a la calle o miramos por la ventana, somos conscientes del efecto que tiene el astro rey sobre el desarrollo de nuestras vidas. La supervivencia de los seres vivos depende íntegramente de su existencia y como si de una idea platónica se tratara, asumimos que Apolo seguirá arrastrando su carro a lo largo de las bóvedas celestes. Pese a que somos conscientes de que el Sol no es un cuerpo inmutable (un ejemplo aquí), sí es racional considerarlo como eterno. En esta entrada veremos cómo es la vida y muerte de una estrella. En general, puede decirse que la vida de una estrella es inversamente proporcional a su masa. Estrellas masivas dispondrán de vidas cortas e intensas, que concluirán de manera trágica. Sin embargo, las estrellas más pequeñas alargarán su existencia durante períodos mucho más largos y abandonarán este mundo sin pena ni gloria. 

Para comprender cómo acaba la vida de una estrella es necesario conocer cómo es su nacimiento. Una estrella comienza su vida a partir del colapso de una gran nube de materia, compuesta en su mayor parte por hidrógeno. Debido a la gran cantidad presente de materia, los átomos comienzan a acercarse entre sí por la acción de la gravedad. Quiero recalcar que si los átomos se atraen entre sí (sí, átomos pequeñitos) es porque su cantidad es desproporcionada. Por ello, cada vez es mayor  la presión y comienzan a chocar entren sí, aumentando la temperatura. Durante el transcurso de este proceso, los átomos de hidrógeno están tan cerca que comienzan a fundirse, lo cual produce energía, que contrarresta los efectos de la gravedad, haciendo que la estrella se hinche y tome la forma que mantendrá durante la mayor parte de su vida. Esta  fase que se conoce como secuencia principal es en la que se quema el hidrógeno para producir helio y energía.

Esquema del proceso de fusión nuclear. / Wykis

Las estrellas son enormes calderas. Se ven obligadas por la fuerza de la gravedad a convertir el hidrógeno, a 16 millones de grados Celsius, en helio. Afortunadamente, esto es lo único que necesitan durante la mayor parte de sus vidas.

En la figura situada a la izquierda puede verse, de manera esquemática, el proceso de fusión nuclear. A grandes rasgos, en el núcleo del cuerpo celeste, un átomo de deuterio y otro de tritio (isótopos de hidrógeno) se "funden", lo cual produce un átomo de helio y un neutrón, junto con, cómo no: energía.

Las reservas de hidrógeno pueden parecer eternas desde la perspectiva de un ser humano, pero llega un punto en el que no hay más hidrógeno disponible que contrarreste el efecto de la gravedad y la estrella comienza su declive. Esto se traduce en una muerte, larga y violenta. La violencia se traduce en que su volumen aumenta, pasando a ocupar un espacio cientos de veces mayor al que disponían durante su secuencia principal. Agonizante, la estrella es incapaz de mantener la temperatura de su superficie y su color se apaga, de ahí que se denomine a estas estrellas moribundas con el término de gigantes rojas.

Foto cedida por Andrea Dupree

El ejemplo de gigante roja por antonomasia es Betelgeuse. A la derecha de este párrafo podemos ver una foto tomada por el telescopio Hubble. Aunque tal vez no lo parezca, su radio es lo suficientemente grande como para que si el Sol se encontrara en el centro, todo el sistema solar cupiese dentro de esta estrella hinchada y y a punto de morir. Un hecho curioso es que la estrella se encuentra a 600 años luz de nosotros, por lo que podría haber muerto hace tiempo, pero todavía no habernos llegado su funesto destello.

En el interior de estos gigantes moribundos la gravedad empieza a ganar la batalla. Esto es debido a que por falta de hidrógeno, el proceso de fusión se está apagando. Este declive hace que los átomos cedan a la influencia de la gravedad y la distancia entre ellos disminuya. Por tal razón, las reacciones de fusión se reactivan, debido a que aún queda materia en el núcleo. Sin embargo, no se  trata de la misma situación que en la secuencia principal. Ahora ya no queda hidrógeno que fundir, sino helio; y debido a que la presión en el núcleo ha aumentado, las temperaturas son mayores (alrededor de unos 100 millones de grados Celsius). Esta situación hace posible que los átomos de helio se fundan entre sí, y producen la aparición del carbono, del oxígeno y de la energía suficiente para detener el colapso, al menos temporalmente. He aquí una de las ironías del universo. Para que se originen dos de los elementos más importantes para la presencia de la vida, una estrella debe morir. 

En el caso de nuestro Sol, al poseer una masa comedida, cuando el helio se agote, detendrá su proceso de fusión, ya que no quedará suficiente masa en su núcleo para plantarle cara a la gravedad. En ese momento el Sol se desprenderá de sus capas más externas,  y tan sólo quedará su núcleo, el cual  pasará a tomar el nombre de enana blanca, que irá apagándose a lo largo de las eras, hasta convertirse en una enana negra. 

Antes de retomar la muerte de Betelgeuse, debemos hablar de las estrellas menos masivas, es decir, aquellas cuya masa es menor que la mitad que la que posee el Sol. Como decíamos antes, la intensidad de la vida de una estrella depende de su masa. Las estrellas más grandes requieren mayor energía del proceso de fusión nuclear para contrarrestar la gravedad producida por este exceso de materia. Una enana roja, sin embargo, quema su combustible de manera lenta durante toda su vida, por lo que poco se conoce sobre su muerte, pero se espera que no sea muy violenta.

Si la masa de la estrella es superior a la del Sol, pueden darse nuevas fases de colapso y reinicio del proceso de fusión. Es decir, el proceso continúa más allá de la fusión del helio, siempre y cuando quede suficiente materia. De esta manera se consiguen todos los elementos de la tabla periódica hasta llegar al hierro. De hecho, el final de una estrella de menos de nueve masas solares, consiste en que gran parte del volumen de la estrella se estructura como una esfera con capas. Además, su centro está compuesto por hierro y las capas externas de elementos menos pesados, hasta llegar a una superficie de hidrógeno. Una vez se ha alcanzado este estado, mediante una violenta explosión, la estrella muerta esparce al universo todo su contenido en forma de una nebulosa estelar.

Las estrellas más grandes, cuya masa es superior a nueve veces la masa solar, producen el resto de elementos que conocemos. Es tanta la materia que queda en la esfera metálica del final de sus vidas, que tras su colapso, se produce un "rebote" de materia, que choca contra las capas externas, y fuerza a que se alcancen temperaturas de miles de millones de grados Celsius. Durante esta tremenda explosión, denominada supernova, se dan las condiciones necesarias para formar el resto de elementos pesados como el oro, la plata o el uranio. Esta brutal explosión disemina la esencia de la estrella en el espacio, y deja  una densa estrella de neutrones donde anteriormente se encontraba el núcleo, la cual gira frenéticamente hasta el fin de la eternidad.

Con todo lo anterior quiero decir una cosa: nada es eterno, ni siquiera una gloriosa estrella. Lo importante de la muerte de estos cuerpos es  lo que nos enseñan. De las cenizas de algo grande, siempre puede volver a surgir algo nuevo. De cada una de las nebulosas que se producen tras la muerte de cualquier estrella lo suficientemente masiva, hay suficiente materia para que nazcan nuevos astros.

Foto cedida por NASA Goddard Photo and Video

El Sol,
los planetas del sistema solar,
la vida, 

 se sustentan sobre el cadáver de innumerables astros. 

Nunca mejor dicho, somos polvo de estrellas.

Pepe "Puertas de Acero" Pérez