A) Somos polvo de estrellas. Una breve historia de la astronomía

Durante milenios, la humanidad ha contemplado el cielo nocturno buscando comprender el cosmos. Desde los primeros modelos celestiales, hasta la astrofísica moderna, la exploración espacial y la astronomía multimensajero, cada avance ha reconfigurado nuestra perspectiva sobre el Universo y nuestro lugar en él. En el camino, la astronomía ha sido crucial para impulsar el desarrollo de la ciencia y la tecnología y, al mismo tiempo, se ha beneficiado de sus hallazgos. Y, como toda empresa humana, siempre ha estado sujeta a la agitación y a los vaivenes políticos, sociales, religiosos e incluso a las guerras.

Las primeras observaciones astronómicas medían los movimientos y posiciones de los objetos celestes con el fin de anticipar las estaciones y predecir fenómenos como los eclipses. El modelo geocéntrico del Universo, con la Tierra como eje, prevaleció hasta el siglo xvi,   cuando Nicolás Copérnico reformuló el modelo heliocéntrico —el Sol en el centro— que Aristarco había propuesto en el siglo iii AEC. 

La revolución copernicana, apoyada por la invención del telescopio y por las observaciones de Galileo Galilei de las lunas de Júpiter y las fases de Venus en 1609, comenzó a desmantelar el geocentrismo. Casi al mismo tiempo Johannes Kepler contribuyó al modelo heliocéntrico con sus leyes del movimiento planetario. Este a su vez, era explicado por la ley de la gravitación universal de Isaac Newton, quien la había confirmado mediante el cálculo de la órbita del Gran Cometa de 1680. A pesar de lo que postulaba Aristóteles, la física terrestre y la celestial eran una sola. 

Un siglo después, en 1781, William Herschel descubrió Urano, el primer planeta más allá de Saturno, con lo que crecieron los límites conocidos del Sistema Solar. Herschel también explicó por primera vez los movimientos de una estrella binaria: c las leyes de la física eran válidas también fuera del Sistema Solar. La Tierra, finalmente, dejó de ser el centro del Sistema Solar en la década de 1830, cuando Thomas Henderson, Friedrich Bessel y Friedrich von Struve,  midieron cada uno la paralaje de una estrella, es decir su cambio de posición aparente al observarla desde puntos opuestos de la órbita terrestre. Puesto que el inverso de la paralaje proporciona la distancia a estas estrellas (unas cuantas decenas de años luz), la escala del universo conocido aumentó a unas treinta mil veces el tamaño del Sistema Solar. 

De manera paralela fue profundizándose nuestra comprensión de la luz. Newton demostró que la luz blanca puede descomponerse en un espectro de colores. Herschel descubrió la luz infrarroja, la primera que se encuentra fuera del espectro óptico que los humanos percibimos con nuestros ojos desnudos: con esto se abría una nueva ventana para escudriñar el Universo. En 1814 Joseph Fraunhoffer desarrolló la rejilla de difracción, inventó el espectroscopio y descubrió líneas de absorción en los espectros del Sol y otras estrellas. En la década de 1860 las ecuaciones de James Clerk Maxwell explicaron la naturaleza ondulatoria de la luz, lo que hizo posible entender fenómenos como la interferencia, la difracción y la polarización. Poco después, el médico Henry Draper, astrónomo aficionado, desarrolló la astrofotografía y la espectroscopía fotográfica estelar junto con su esposa, Mary Anna Palmer Draper. 

La astronomía dejó entonces de ser principalmente posicional y comenzó a estudiar las propiedades de los objetos celestes. Mujeres “computadoras”  -en realidadastrónomas - en Harvard College hicieron contribuciones fundamentales (ver. Omaira González [texto 09], pp. XX en este número). A partir de 1896 Annie Jump Cannon clasificó trescientos cincuenta mil espectros estelares. En 1912 Henrietta Leavitt descubrió la relación entre el periodo de variación y la luminosidad intrínseca de las estrellas conocidas como cefeidas. Estas “velas estándar” permitirían, poco después, medir las distancias a otras galaxias. En 1925 Cecilia Payne utilizó los espectros del catálogo de Draper y la ecuación de Meghnad Saha para demostrar que las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno y que las diferencias en sus espectros se deben a temperaturas distintas y no a una composición química diferente. Esto sentó las bases para la astrofísica estelar que llevó a la explicación de Arthur Eddington en 1926, de la fusión nuclear como fuente de energía de las estrellas y al planteamiento de Margaret y Geoff Burbidge, William Fowler y Fred Hoyle, en 1957, de que los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio son producidos mediante reacciones en los núcleos de las estrellas: somos polvo de estrellas. 

En 1924, con base en la relación encontrada por Leavitt, Edwin Hubble derivó la distancia a Andrómeda y confirmó que se trata de otra galaxia y no de una nebulosa dentro de la Vía Láctea. Nuestra galaxia, entonces, tampoco es el centro del universo, cuyo tamaño, a partir de ese momento, ya era doscientas mil veces mayor que la distancia a las estrellas más cercanas medida un siglo antes. Muy poco después, en 1929, Hubble descubrió que las galaxias se alejan unas de otras con velocidades crecientes a distancias mayores. Georges Lemaître propuso en 1931,  a partir de las ecuaciones de campo de Einstein, que ello se debe a la expansión del universo; yendo hacia atrás, este debe haberse originado en una gran explosión o mejor conocida en inglés como Big Bang. El universo estático fue reemplazado por un cosmos dinámico y en evolución.  

En la misma década de 1930, Fritz Zwicky se percató de que las galaxias en cúmulos se mueven a velocidades tan altas que la masa inferida a partir de la luz de sus estrellas no podría contenerlas y avanzó la hipótesis de la existencia de una “materia oscura”, hipótesis que fue reforzada en la década de 1970 por Vera Rubin, quien encontró que las estrellas en los discos de las galaxias espirales también se mueven a velocidades muy altas. En 1998 Adam Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt hicieron un hallazgo sorprendente: la tasa de expansión del Universo se aceleró hace alrededor de cinco mil millones de años —ocho mil millones de años después del Big Bang—, lo que se atribuye a la acción de la llamada “energía oscura”, que se opone a la gravedad y hoy se considera como la componente más abundante del Universo. Con cada vez mayor frecuencia se habla del “sector oscuro” que incluye a la energía y a la materia oscuras y que parece constituir el noventa y cinco por ciento del Universo, aunque aún no hemos detectado directamente ninguna de las dos. 

En 1932 Karl Jansky detectó ondas de radio provenientes del centro de la Vía Láctea. La radioastronomía reveló un universo invisible para los telescopios ópticos y llevó al descubrimiento de los cuásares en 1963 —por lo menos mil veces más lejanos que Andrómeda— y, un año después, al de la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB), el resplandor remanente del Big Bang. Comenzó la carrera por estudiar el universo lejano que, debido a la velocidad finita de la luz, es también el universo joven. 

A mediados del siglo XX, en tiempos de la Guerra Fría, se inició la era espacial que permitió trascender las limitaciones de la atmósfera terrestre y realizar observaciones en todas las longitudes de onda del espectro. Los telescopios espaciales revolucionaron la astronomía observacional y comenzó la era de la cosmología de precisión. El telescopio espacial Hubble, lanzado en 1990, proporcionó vistas sin precedentes del espacio profundo y de la evolución cósmica. Otras misiones, como COBE, WMAP y Planck, cartografiaron el CMB con detalle exquisito. Telescopios de alta energía como Chandra y Fermi revelaron la física extrema de los agujeros negros, las estrellas de neutrones y los estallidos de rayos gamma. En otro tema importantísimo para la astrofísica moderna y nuestro lugar en el universo, en 1995 Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron el primer planeta extrasolar alrededor de una estrella de tipo solar, 51 Pegasi; hoy se conocen miles. 

El siglo XXI marcó el comienzo de la era de la astronomía multimensajero, en la que los fenómenos cósmicos se estudian por medio de múltiples señales: luz, neutrinos, rayos cósmicos y ondas gravitacionales. Los observatorios de neutrinos como IceCube y Super-Kamiokande han proporcionado información sobre las supernovas y el núcleo del Sol. La detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO y Virgo en 2015 confirmó la predicción centenaria de Einstein, ofreciendo una nueva forma de estudiar las fusiones cósmicas de agujeros negros y estrellas de neutrones. Mientras tanto, las imágenes obtenidas con el telescopio espacial James Webb están permitiendo el estudio de las primeras estrellas y las primeras etapas de la evolución de las galaxias. 

Desde los antiguos mapas celestiales hasta la moderna astronomía multimensajes, nuestra comprensión del universo ha sido moldeada por cambios de paradigma y avances tecnológicos. En el futuro, cada descubrimiento seguirá ampliando nuestro horizonte cósmico y contribuirá a revelar un Universo mucho más dinámico y complejo de lo que alguna vez imaginamos.

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