Siempre el ser humano miró al cielo. Imagino la sensación de grandiosidad que experimentarían nuestros ancestros primitivos al contemplar tumbados en una noche clara todo ese gran universo que nos envuelve.

Desde entonces, el ser humano no ha dejado de mirar al cielo. No parecen hacerlo los animales y, si lo hicieran, sería a hurtadillas, cuando nadie les ve. Tampoco sabemos qué miran las plantas. Ellos, ellas y nosotros estamos en el ajetreo del día a día, sin apenas tiempo de mirar al cielo. Mirar el firmamento en una noche oscura pone los pelos de punta. La densidad estelar es impresionante, el dibujo claro de la Vía Láctea, nuestra galaxia, incluso se distinguen algunas nebulosas diseminadas, una de las cuales es nuestra galaxia más cercana, Andrómeda (2500 millones de años luz nos separan). También observadores del hemisferio sur podrían claramente distinguir las dos galaxias satélites de nuestra Vía Láctea, la pequeña nube de Magallanes (SMC) y la grande (LMC), junto a la famosa cruz del sur.

En verdad, una visión plena en una noche clara y sin luna resulta espectacular y sobrecogedora. Mirar y admirar el cielo es un regalo más que la naturaleza da a la vida, la cual no siempre es consciente de la magnitud del regalo, por ser algo perenne que está ahí cada noche.

La influencia de mi padre

Entre otras muchas cosas, mi padre nos inculcó a los hermanos, tanto el disfrute de la música, como el valor de ese regalo que es el firmamento y que está siempre arriba, durante toda nuestra vida. Con respecto a la música, nos despertaba cada Domingo por la mañana con un concierto, ya fuera de Mozart, Bethoven, Baach, Chopin, Tchaikoski etc… Él se compró un “Pick-Up” de lujo (para la época) que sólo él podía tocar, junto a montones de discos de vinilo de música clásica, que cuidaba y limpiaba con esmero para que no se rallaran. Recuerdo perfectamente esos despertares como de las cosas más sublimes que he vivido. La transmisión fue perfecta y hoy todos los hermanos amamos y disfrutamos la música clásica.

En relación a la otra transmisión, aún con la luminosidad de Madrid, mi padre observaba el cielo siempre que podía desde la terraza de nuestra casa, en la calle Diego de León. Estando en el campo, otras muchas noches también las recuerdo. En aquel tiempo, poca gente miraba al cielo, pero mi padre era de una persistencia increíble. Cuando nos acercábamos nos mostraba las constelaciones y nos hablaba de cómo identificar la estrella polar. Nombraba señalando con el dedo a un montón de estrellas con sus bonitos nombres (Mizar, Betelgeus, Vega, Sirius, Rigel…). Mis 2 hermanos varones se aprendieron muy bien las constelaciones, pero yo apenas las señalaba y se me olvidaban los nombres. Para mí, eran simplemente los dibujos que el ser humano veía con las posiciones de los astros en la esfera del cielo superpuesta. Era claro que ahí estaba “El Carro” y otras, la estrella polar, cúmulos como las Pleiades y una cierta orientación del cielo, de invierno y de verano (más veces), pero lo que a mí más me atraía era pensar en el cielo profundo, el universo en general y todo lo que el ser humano ha ido aprendiendo sobre cómo y para qué mirar al cielo. Tal fue el afán de los hermanos que todos tuvimos un telescopio para mirar al cielo. Con él, yo era capaz de apuntar a Júpiter e identificar sus lunas, de disfrutar de la visión de los bordes de la Luna, los anillos de Saturno, de distinguir mejor el tinte rojo de Marte, de mirar las Pleiades, de distinguir estrellas dobles y poco más. Pero mis dos hermanos se hicieron expertos en la localización en la esfera del cielo, con la hora de observación determinada de lo que quisieran mirar. Recuerdo que nos reuníamos cerca de Valdepeñas en un solitario montículo para hacer observaciones nocturnas. El mejor telescopio era el de mi hermano Rafa y allí lo llevábamos en noches escogidas. Ellos clavaban la nebulosa o estrella que mirábamos, yo me aprovechaba y también echaba el ojo pero la imagen óptica aún seguía siendo diminuta y difícil de seguir al avanzar la noche, no te podías detener, el cielo se mueve.

Fueron unas noches maravillosas que nunca olvidaré, por poder compartir entre hermanos el afán que nuestro padre inculcó. Cuando declinaban las ocasiones para repetir, comenzó a ser posible comprar imágenes ópticas de todo el universo. Cuando viajaba a América por congresos médicos siempre compraba imágenes del espacio cercano y lejano que luego transformé en Posters que adornaban toda mi zona de trabajo en el Hospital. Con el paso del tiempo, multitud de imágenes del cosmos eran asequibles por internet. Un día, de forma casual, di con una web maravillosa con la que cada día miro el universo. Se llama “The Astronomy Picture of the Day” (APD). Desde finales de los 90, APD publica una imagen diaria del universo con un comentario que sirva para entenderla, aprender e interesar. No hay en el mundo una web tan maravillosa que ofrezca gratis al mundo lo que los astrónomos ven y lo que estudian, explicándolo de forma asequible a cualquier ciudadano del planeta. Es la NASA la que surte de imágenes a APD y esta genera y publica una al día con su breve texto explicativo. No hay nada más generoso ni tampoco hay nada que ocultar a un mundo curioso que quiera seguir las investigaciones de los que estudian el cielo hoy día. Pienso en cómo mi padre hubiera disfrutado esta página Web. Ya no era necesario mirar al cielo porque las mejores imágenes te son presentadas cada día, cada mañana una nueva.

Lo cierto es que durante toda mi vida continuó mi afán por conocer sobre el cosmos, lo que la humanidad sabe hoy día y lo que emprende para saber más. Leí mucho sobre las cuestiones y descubrimientos astronómicos, el nacimiento y muerte de las estrellas, las teorías cosmológicas y algo de física para comprender. Siempre quise entender las observaciones y los enigmas. También aprendí las dudas que la ciencia tiene in mente y la continua discusión sobre los orígenes del cosmos y su futuro. La Astronomía es una ciencia maravillosa que muestra sus observaciones del cielo, que combina el saber físico con el astrofísico, que contrapone sus observaciones con las que la física teórica y sus modelos pueden predecir. Tiene además la premisa de que sólo obedece al deseo humano por conocer. No compite con cuestiones mundanas ni hay fronteras para el saber. Es la humanidad quien mira. A los que lo hacen posible para el mundo, muchas gracias por poder disfrutar del espectáculo. Para mirar al cielo ya no resultaba preciso reunirme con mis hermanos a la intemperie para ver unos puntitos o sombras. Cada día, tenía gratis una magnífica observación del universo explicada que me permitía profundizar en palabras marcadas a otros asuntos del cosmos. Muchas imágenes del Hubble esclarecedoras surgían cada día. Pero también era interesante el diseño humano para profundizar más y más en el universo. Por un lado, estaba la Cosmología inquietante y por otro los avances espaciales que pusieron al ser humano en la Luna, que envió los Voyager 1 y 2 para conocer los planetas exteriores y sus lunas y después adentrarse en el espacio interestelar, aún emitiendo a la Tierra. Se puso en órbita la Estación Espacial Internacional (ISS),  permanentemente habitada por seres humanos. Innumerables sondas fueron lanzadas con fines específicos, como el estudio de los planetas interiores y del propio Sol. Hoy día el ser humano sueña con viajar a Marte y es probable que falte poco. También sueña con instalar en la Luna una estación habitada y que sirva de base de lanzamiento a otros viajes siderales. Pero como es lógico, estamos hablando de nuestro entorno más próximo, nuestro sistema solar. Pero el universo es otra historia.

Observaciones del cosmos

El cielo ha sido observado desde los albores por todas las civilizaciones (Griegos, Romanos, Árabes, Chinos y Orientales en general). En realidad, todo el cielo estaba cartografiado. Surgieron Astrónomos con grandes aportaciones, pero en los primeros 15 siglos de nuestra era, la Astrología parecía anteponerse a la Astronomía. Los propios poderes de la Tierra pedían a los astrólogos las predicciones que las señales de los astros podían conllevar. La vida de las personas está escrita en las estrellas, decían los astrólogos. Poco a poco estas ideas se fueron disipando y hoy solo sirve para el horóscopo que pocos siguen. Por otro lado, los avances en observaciones astronómicas se hicieron patentes en los últimos 5 siglos. La Física aportaba muchísimo a las observaciones. Contribuciones telescópicas en toda la primera mitad del siglo XX fueron importantísimas. Cada vez más potentes telescopios en tierra que no podían evitar la influencia de la atmósfera en las imágenes obtenidas. Se hacía necesario un telescopio espacial que evitara estas perturbaciones atmosféricas.

Comienzo de los Telescopios espaciales

En 1990, la NASA puso en una órbita baja el telescopio especial Hubble. Inicialmente fue un desastre, el grado de concavidad del espejo central no fue bien testado en tierra y al desplegarse daba imágenes borrosas. Cundió el desánimo, pero un grupo de astronautas viajó al telescopio en 1993 e instalaron en él una especie de lentes de contacto o gafas para corregir el problema. Desde entonces el telescopio Hubble ha revolucionado la astronomía y la cosmología. Mirara a donde mirara, siempre había un cielo profundo repleto de galaxias que a su vez forman racimos que se enlazan con otras estructuras superiores. En la actualidad tenemos una especie de mapa de todo el universo. Si tenemos en cuenta que lo que alcanzamos a ver supone lo que era hace miles de millones de años, es claro que viajamos en el tiempo y cuanto más lejos vamos apenas llegamos a vislumbrar lo que había 500 millones de años después del Big Bang. Otros muchos “observatorios espaciales astronómicos” se lanzaron, destacando el Chandtra X-ray para la detección de rayos X, o la sonda Gaia que ha cartografiado toda nuestra galaxia. Todos ellos se agrupan por amplias bandas de frecuencia captadora (Rayos Ganma, Rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas, radio, partículas e incluso se diseñan instrumentos que tienen como objetivo detectar ondas gravitacionales. Todas las frecuencias, todo el espectro de la luz para captar todo cuanto emita.

Telescopio espacial James Web (JWST)

El proyecto para el lanzamiento de este telescopio espacial tiene una historia muy bonita, lleno de determinación y perseverancia. Comenzó antes del lanzamiento del Hubble. Los científicos eran conscientes de la importancia del Hubble en el espectro visible pero también conocían sus limitaciones en el espectro infrarojo de la luz. Además, su cercanía a la Tierra e incluso a la Luna le producían una radiación de cuerpos que influía en la temperatura del telescopio. El telescopio ideal debería de estar frío y carente de influencias térmicas. Ni que decir tiene que la catástrofe inicial del Hubble casi tumba el proyecto del Web, pero su heroica recuperación estimuló el desarrollo del JWST. Durante su planificación en los siguientes 30 años la mejora tecnológica contribuyó a un diseño muy mejorado desde el principio, perfeccionando sus instrumentos y añadiendo otros de gran importancia. Era necesario instalar en el espacio un observatorio que analizara todo el espectro de la luz. La luz de las primeras estrellas y galaxias después de haber viajado durante tantos millones de años nos llega muy tenue. Esa luz visible y la ultravioleta procedente de las estrellas más lejanas emitiendo, nos llega en cerca de 20 veces más larga longitud de onda adquirida durante el viaje hasta aquí, constituyendo la radiación infrarroja. Pero la luz infrarroja es esa clase de vibraciones que percibimos como el calor que radian nuestros cuerpos, nuestra atmósfera, el subsuelo. Todos los cuerpos radian en infrarrojos. La Tierra y La Luna también.

Había que situar el telescopio en un lugar que fuera ajeno a cualquier interferencia térmica. Se eligió un punto en el espacio llamado Lagrange point 2 (LP2). Está a 1.5 millones de kilómetros de La Tierra. Este imaginario punto, orbita el Sol de forma geoestacionaria, en conjunción con La Tierra y La Luna, lo que atenuaría la luz y el calor procedente del Sol. Además, el telescopio sería empaquetado en un cilindro y al llegar a LP2 tendría que desplegarse. Esta maniobra fue súper estudiada y controlada, el despliegue de los espejos, su exacta conjunción y el despliegue ulterior de una gran pantalla o paraguas solar del tamaño de una pista de tenis que bloquearía la influencia del sol en el observatorio. La historia de su preparación y lanzamiento, un sueño hecho realidad el 25 de Diciembre del 2021. Tras su viaje con éxito a LP2, el telescopio tardó semanas en desplegarse y ponerse a punto. Pasados unos meses el JWST ponía a disposición de los astrónomos el diseño de observaciones durante las 24 horas al día. Los estudios hacían cola y pugnaban por competir. Tres años después de su lanzamiento, el JWST es el ojo humano que más lejos llegó en el tiempo. Joya tecnológica capaz de visualizar exo-planetas y de analizar el contenido de sus atmósferas. Se estima que la vida del JWST será de 10 años. Para eso, es fundamental permanecer en la órbita de LP2. Al ser una órbita tipo halo, el telescopio tiene que hacer pequeñas correcciones de posición que se realizan con combustible. El día que este se acabe, la órbita dejará de ser estable y será el fin del JWST. Pero mientras eso llegue, hay un sinfín de tareas que generan cada una mucho conocimiento y además se complementan. Hay que mirar bien el cielo y aprender de él. Estos años serán decisivos.

Imagen del telescopio espacial Hubble en órbita a la Tierra. B: muestra una imagen borrosa de la galaxia M100 tomada en un principio y C: la imagen de la misma tras la corrección efectuada por los astronautas. Image Spiral Galaxy M100 https://esahubble.org/images/opo9401a/

Los comienzos

Cuanto más lejos en el tiempo, más oscuridad, más dificultad para entender el universo primitivo. La mente humana quiere conocer el crecimiento de la estructura cósmica, cuándo y cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. Tanto el Hubble como ahora el JWST han contribuido en gran medida para esclarecer. Según cuentan los científicos, parece ser que tras el Big Bang hubo una etapa corta de expansión exponencial llamada “Inflación” en la que las fluctuaciones cuánticas determinaran leves variaciones en densidad. La radiación de fondo de microondas es una radiación electromagnética que fue descubierta en 1965 y nos llega por todas partes, procediendo del origen, cuando los primeros fotones escaparon. La casi perfecta uniformidad de las microondas (CMB) que nos llegan desde cualquier parte del cielo nos hablan de que el recién nacido universo era sorprendentemente suave, un auténtico puré de materia o magma.  Trescientos ochenta mil años después del Big Bang, sobre los cambios de densidades en el magma inicial comenzó a actuar la gravedad, creando los primeros átomos, fundamentalmente de Hidrógeno. Sin embargo, el universo era oscuro y no poseía estructura alguna, estando en marcada expansión. Desde entonces hasta 1 millón de años después del Big Bang, es lo que conocemos como “cosmic dark ages”, ninguna estructura era vislumbrable o detectable. Los cosmólogos piensan que los átomos comenzarían a juntarse de forma gradual por la gravedad. La materia existente, estaba al principio distribuida de forma suave pero tanto la expansión del espacio vacío como las presiones efectuadas por las primeras luces, empujaron la materia en todas  direcciones, junto a la acción de la fuerza gravitatoria sobre esa materia en expansión. A partir de 1 millón de años tras el Big Bang, la fuerza de la gravedad sobre las nubes de gas y polvo formó las primeras estrellas que a su vez se juntaron formando racimos. Junto a ellas, surgió la materia oscura, quizás directamente de la concreción gravitatoria de grandes masas de gas y polvo. También tras las muertes estelares surgían las enanas blancas y posteriores agujeros negros que engloban hasta la luz.

A los 3 años del lanzamiento del JWST, los científicos se reúnen para analizar muchos de sus hallazgos. Con el espectro infrarrojo, el JWST puede llegar hasta lo más lejos, es decir, a 50 millones de años después del Big Bang. El Hubble solo llegaba a los 500 millones de años tras el Big Bang. Por tanto, el JWST nos ha adentrado en el final de la era oscura y en la identificación de las primeras estrellas y las primeras galaxias. En estos 3 años de sus observaciones, los científicos encuentran un universo primitivo que definen como “Beautyful Confussion”. Reunidos en Santa Barbara más de 100 astrofísicos excitados con las observaciones realizadas, para compartirlas y para comentar los avances que el JWST había proporcionado. Exultantes, comentaban los nuevos hallazgos del universo primitivo, que son revelados por el JWST en exquisito detalle. Compartieron las sorprendentes pequeñas manchas rojas (“Little red dots”) que abundan en las imágenes del JWST. Estas manchas rojas nunca habían sido vistas en todo el universo y su naturaleza es desconocida, estuvieron un tiempo y ya no se vieron más, por lo que parecen estructuras transicionales. Las primeras galaxias resultaron extremadamente grandes, brillantes y azules. Se comentaron las múltiples formas y tamaños de las galaxias, no siendo infrecuente encontrar una gran galaxia junto a un cercano agujero negro huésped, detectado por su radiación X. Se identificaron clusters de estrellas en racimos de uva que podían iniciar, juntándose, una nueva galaxia. También conglomerados de estrellas en forma de banana, otra forma de protogalaxia encontrada. Los científicos se abrumaron al observar los enormes agujeros negros identificados en tiempos tan tempranos. Se argumentó que quizás no se formaron por muertes estelares sino por la acreción gravitatoria de enormes cantidades de nubes de gas y polvo. Al finalizar la reunión, todos los astrónomos celebraron las observaciones y las catalogaron de “Beautyful Confussion”. Ahora, los físicos teóricos tendrán que explicar lo observado.

Imagen comparativa de la galaxia NGC 7496 entre la luz visual con el Hubble y la luz infraroja con el James Web. Nótese las bandas de creación de estrellas visibles en el Web que quedan oscurecidas por el polvo, siendo invisibles para el Hubble. Image – NASA, ESA, CSA, STScI and Judy Schmidt – https://www.quantamagazine.org/two-weeks-in-the-webb-space-telescope-is-reshaping-astronomy-20220725/

El futuro

Si el origen del universo ha despertado tanto interés, no digamos el que suscita el análisis de su futuro. Hubo muchas teorías. Basándose en la cantidad de materia, la fuerza de la gravedad acabaría frenando la expansión, llegando incluso a revertirla y a converger hasta llegar a un “Big Crunch”. Otras teorías apuntaban a un frenado en la expansión hasta alcanzar un universo estacionario. De nuevo, las observaciones aclararon la situación. Hoy día sabemos con certeza que el universo no solo continua su expansión sino que lo hace de forma acelerada desde hace millones de años.

En 1998 Adam Riess, observando la luminosidad de supernovas, tanto en galaxias próximas y como en lejanas, llegó a la conclusión de que el universo se expande de forma acelerada como consecuencia de una fuerza repulsiva que llamó Energía Oscura, por ser indetectable. El vacío, sin apenas materia, también se expande por lo que la energía oscura ha ido creciendo con el paso del tiempo. Hay certeza de una fuerza repulsiva que acelera la expansión del universo. La constante de Hubble es la que imprime esa aceleración. Viene determinada por el estudio de las distancias, y ha sido analizada de diversas formas. Una de ellas, el estudio de las estrellas variables llamadas Cefeidas. Una variable Cefeida es una estrella que pulsa radialmente produciendo cambios de brillo con un periodo y amplitud estables muy regulares. La relación periodo/luminosidad proporciona un método para medir distancias, ya sea dentro de nuestra galaxia como en otras. El estudio de las Cefeidas en otras galaxias permite estimar las distancias a ellas y sirven para calcular la constante de aceleración, un número que describe con qué velocidad todo se aleja en el universo.

Esquema del crecimiento de la estructura cósmica desde el Big Bang, según piensan los cosmólogos. Tras una corta etapa inicial de expansión exponencial (Inflación), el puré de materia inicial quedó sujeto a fluctuaciones quánticas que determinaron leves cambios en densidad. Nada era vislumbrable o detectable en la llamada era oscura, pero pasados 100 millones de años, la gravedad formó las primeras estrellas y las primeras galaxias. Con el telescopio espacial Hubble, solo llegábamos a ver objetos visibles 500 millones de años después del Big Bang. Sin embargo, con el telescopio James Web nos adentramos en la era oscura y asistimos a la formación de las primeras estrellas y galaxias. Image The Growth of Cosmic Structure – https://www.reddit.com/r/space/comments/r9q0fr/the_growth_of_cosmic_structure/?rdt=44740

Según el modelo cosmológico estándar junto a las observaciones del satélite Plank de las microondas cósmicas (CMB) producidas por las luces más lejanas o viejas, la constante de Hubble es exactamente 67,4 Kilómetros por segundo y por megaparsec (medidor de distancias siderales). Un megaparsec es aproximadamente 3 millones de años luz. Sin embargo, el estudio de las Cefeidas en lejanas y cercanas galaxias efectuado con el telescopio Hubble modificó la constante de aceleración a 73 Km/segundo/megaparsec, es decir, más deprisa todavía nos expandimos. Esta última medición originó confusión y críticas. Las variables Cefeidas en el interior de otras galaxias, rodeadas de multitud de estrellas, pudieran dificultar las medidas de velocidad y localización. Sin embargo, las mediciones realizadas con el telescopio JWST, con una finura mucho mayor, confirman las realizadas con el telescopio Hubble. Las discrepancias en la constante de aceleración han inquietado a los cosmólogos que han nombrado el tema como la “tensión Hubble”, pendiente aún de resolver. Ello ha llevado a algunos científicos a postular que el grado de aceleración del universo pudiera ser cambiante.

En definitiva, si la expansión del universo se acelera a la velocidad que sea, llegarán momentos de cada vez mayor lejanía y dispersión. Ese parece ser el futuro del universo.

Una muestra de las llamadas “pequeñas manchas rojas” observadas con nitidez por el JWST en el universo primitivo. Estas manchas no han sido vistas en el universo ulterior, por lo que no son bien entendidas y pudieran corresponder a estructuras transicionales  Image: The JWST Has Spotted Giant Black Holes All Over the Early Universe – https://www.wired.com/story/the-jwst-has-spotted-giant-black-holes-all-over-the-early-universe/

Conclusión

Aún reconociendo que todas estas cuestiones para nada cuentan en el desarrollo de nuestras cortas vidas, creo que el afán de conocer y pensar sobre el universo confiere al ser humano una mentalidad cósmica que es útil para vivir y dejar vivir, minimiza lo mundano y eleva nuestro espíritu. Además, esa imagen perenne, vista desde cualquier ángulo, es un auténtico regalo para la vida.