El trío ganador de telescopios espaciales: la Vía Láctea para ‘Gaia’, las galaxias para ‘James Webb’ y el cosmos para ‘Euclid’

Empezamos fuerte hoy. Los grandes pilares de la física funcionan muy bien en nuestro entorno cotidiano y dan, a nuestras sociedades tecnológicas, aplicaciones que han transformado nuestro modo de vida como las terapias de cáncer, la web, el teléfono móvil, los microprocesadores o el GPS. Sin embargo, esos mismos pilares tienen serios problemas a grandes escalas, las de la cosmología. Por eso lanzamos al espacio telescopios como Euclid, para tratar de entender qué está pasando en el universo.

Veamos primero cuál es el problema. Solo hay que dar un par de números para ser conscientes del tamaño de nuestra ignorancia. Los átomos ordinarios, esos de los que estamos hechos usted, yo y el gato del vecino, constituyen solo una pequeña fracción de la densidad de energía del universo, un 4.9%. El resto, un 95.1%, es oscuro y lo es en forma de dos componentes, materia y energía de los que desconocemos su naturaleza. Ambos componentes han contribuido a construir el cosmos: la materia oscura añadiendo gravedad a las galaxias y sus cúmulos y la energía oscura a escalas más grandes ha aportado aceleración a la expansión del universo.

Como no sabemos lo que son, no nos vamos a detener a explicarlas; basta con decir que nuestra existencia está íntimamente ligada a ambas, pues sin ellas no se hubiese reunido suficiente material (de ese 5% que sabemos explicar bien) para que se formaran planetas, galaxias, ranas y montañas. Entender estos componentes fundamentales del universo es un paso más hacia la comprensión de nuestro origen. Por eso, no es de extrañar que se hayan puesto de acuerdo más de 2.500 científicos e ingenieras de 15 países para que, bajo el timón de la Agencia Espacial Europea y tras más de diez años de desarrollo, Euclid por fin esté en camino del segundo punto de Lagrange (L2) del sistema Sol-Tierra.

La misión ha costado 1.400 millones de euros (¿Parece mucho? Es menos de la mitad de la recaudación de la película Avatar) y tiene una importante contribución española: una crucial parte científica, liderada desde el Instituto de Estudios espaciales de Cataluña y el Instituto de Astrofísica de Canarias, y con operaciones científicas que se llevarán a cabo desde el European Space Astronomy Centre (ESAC, en Madrid) y la antena de Cebreros en Ávila recibirá los datos que recoja el telescopio.

Para hacer su trabajo cosmológico y ayudar a descifrar los grandes misterios de la física actual, Euclid va a medir lentes gravitatorias débiles y oscilaciones acústicas bariónicas (conocidas como BAO por sus siglas en inglés). Como las lentes son relativamente sencillas de explicar, abordamos las BAO, que son un poco más complejas y casi nadie se atreve con ellas en los medios de comunicación.

Las BAO cosmológicas (aunque compartan nombre y, pudiéramos decir que forma, con los bollitos de pan chino con los que obviamente no tienen nada que ver) son reliquias congeladas del universo anterior al desacoplamiento. Esto es hace mucho, mucho tiempo: a la temprana edad de 380.000 años, cuando el cosmos formó los primeros átomos neutros que permitieron que la materia se enfriara de manera eficiente, provocando la entrada en el dominio de la gravedad.

Antes de ese momento, la materia del universo estaba en forma de plasma, uniformemente distribuida, hasta que la gravedad (que todo lo junta) comenzó a alterar esta distribución para formar galaxias. La materia, cuando tratas de juntarla, se calienta y ejerce un efecto opuesto a la gravedad, expandiendo estas regiones que, a medida que se expanden, se enfrían hasta que de nuevo la gravedad puede ser la fuerza dominante. Este efecto opuesto entre gravedad y presión generó una oscilación, equivalente a ondas de sonido, que se dispersó hacia fuera en forma de burbujas. Podríamos visualizarlas de manera intuitiva, aunque no son lo mismo, como las ondas que se propagan cuando tiramos una piedra en un lago tranquilo.

Las burbujas de materia del universo

En las burbujas de materia creadas por las ondas acústicas se comenzaron a formar las grandes estructuras. Esas huellas son visibles a día de hoy: tienen un tamaño de 490 millones de años luz y el trabajo de Euclid es detectarlas a lo largo de un gran volumen del universo. Para entenderlo de manera más sencilla, si elegimos una galaxia cualquiera en el universo, es más probable encontrar una segunda galaxia a una distancia de 490 millones de años luz que encontrar una segunda galaxia a 400 o a 600 millones de años luz.

Las BAO son las reglas estándar elegidas por la cosmología del siglo XXI, ya que proporcionan estimaciones de distancia que, por primera vez, están firmemente arraigadas en una física lineal bien entendida. La explicación más profunda de esto la dejamos para otro día, de momento basta con mencionar que, como son reglas estándar, podemos medir muy bien la expansión del universo con ellas.

De momento que sepamos que Euclid está camino de L2 donde se encontrará con los telescopios espaciales James Webb y Gaia. Mientras que el James Webb es más grande y puede observar muy atrás en el tiempo y hacer zoom en los detalles, Euclid puede ir rápido en un gran campo de visión. En una sola observación y de un plumazo, Euclid puede registrar los datos de una zona del cielo más de cien veces mayor que la representada por la cámara NIRCam del James Webb. La estrategia de cobertura del cielo se basa en la necesidad de cubrir más del 35 por ciento de la esfera celeste durante los 6 años de vida de la misión del nuevo telescopio espacial de la ESA. Además, en el camino no solo aprenderemos de galaxias, materia y energía oscura, sino que veremos las estrellas de las galaxias más cercanas (incluida la nuestra) y muchas cosas más, complementando la ciencia que está haciendo el observatorio espacial Gaia. Pero, sobre todo, encontraremos cosas que todavía ni siquiera hemos imaginado.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología, y Eva Villaver, profesora de investigación en el Instituto de Astrofísica de Canarias.

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