La inmensidad del espacio y la naturaleza enigmática de los objetos cósmicos que lo habitan no les da poco material a los astrónomos para reflexionar

Para redondear algunos de los misterios más perdurables en el campo de la astronomía, la revista Science buscó la ayuda de los escritores de ciencia y miembros de su Junta Editorial Revisora para que eligieran ocho preguntas sobre los misterios que preocupan a los astrónomos hoy en día.

Como Robert Coontz, subeditor de noticias de Science, escribe en su introducción a la serie, los participantes decidieron que, los «verdaderos misterios son los que tienen poder de permanencia», en lugar de ser preguntas que se pueden solucionar mediante la investigación en un futuro próximo. De hecho, mientras que algunos de los temas tratados podrían ser resueltos algún día por medio de observaciones astronómicas, otros nunca serán resueltos, agregó.

En ningún orden particular, aquí están ocho de los más apasionantes misterios de la astronomía , tal como se presentan en la revista Science:

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¿Qué es la energía oscura?

En la década de 1920, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que el universo no es estático, sino que se está expandiendo. En 1998, con el Telescopio Espacial Hubble, llamado así en honor al astrónomo, se estudiaron las supernovas distantes, y así los astrónomos descubrieron que el universo se estaba expandiendo con más lentitud hace mucho tiempo en comparación con la velocidad de la expansión actual.

Este descubrimiento revolucionario ha desconcertado a los científicos, que siempre pensaron que la gravedad de la materia disminuiría gradualmente la expansión del universo, o incluso provocaría una contracción. Las explicaciones de la aceleración de la expansión del universo llevaron al extraño concepto de la energía oscura —objeto de acalorados debates— que, según se cree, es una fuerza enigmática que está empujando el cosmos hacia la expansión a velocidades cada vez mayores.

El cúmulo de galaxias Abell 1689 es famoso por la forma en que la luz se dobla en un fenómeno conocido como lente gravitacional. Un nuevo estudio de esta agrupación está revelando secretos acerca de la energía oscura del universo. Crédito: NASA, ESA, E. Jullo (JPL / LAM), P. Natarajan (Yale) y JP. Kneib (LAM)

Si bien se cree que la energía oscura representa aproximadamente el 73 por ciento del universo, esta fuerza sigue siendo elusiva y todavía no se ha detectado directamente.

«Podría ser que la energía no revelara nunca su naturaleza», escribió el escritor del plantel de Sciencie Adrian Cho. «Sin embargo, los científicos mantienen el optimismo de que la naturaleza va a cooperar y que podrán determinar el origen de la energía oscura.»

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¿Qué tan caliente es la materia oscura?

En los años 1960 y 1970, los astrónomos la hipótesis de que podría haber más masa en el universo de la que es visible. Vera Rubin, una astrónoma de la Carnegie Institution de Washington, estudió las velocidades de las estrellas en distintos lugares de las galaxias.

Rubin observó que no había prácticamente ninguna diferencia en las velocidades de las estrellas en el centro de una galaxia en comparación con aquellas más alejadas. Estos resultados parecen ir en contra de la física newtoniana básica, que implica que las estrellas en las afueras de una galaxia orbitan más lentamente.

Los astrónomos explican este curioso fenómeno con una masa invisible que se conoce como materia oscura. Aunque no se puede ver, la materia oscura tiene masa, por lo que los investigadores infieren su presencia basándose en la fuerza gravitacional que ejerce sobre la materia ordinaria.

Imagen de color natural de las galaxias tomada con el Hubble de la NASA y el Telescopio Espacial con el Telescopio Canadá-Francia-Hawai en Hawai. Crédito: NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee (Universidad de California, Davis), y A. Mahdavi (San Francisco State University)

Se cree que la materia oscura representa alrededor del 23 por ciento del universo, mientras que sólo el 4 por ciento del universo está compuesto de materia ordinaria, que incluye a las estrellas, los planetas y los seres humanos.

«Los científicos todavía no saben qué es la materia oscura, pero eso podría cambiar pronto», escribió Cho. «Dentro de unos años, los físicos podrían tener la capacidad de detectar estas partículas.»

Pero si bien los astrónomos pueden lograr pronto la detección de partículas de materia oscura, ciertas propiedades de esta materia siguen siendo desconocidos.

«En particular, los estudios de las «galaxias enanas» puede determinar si la materia oscura es helada, como supone la teoría estándar, o algo más caliente; en esencia, una cuestión de cuán masivas son las partículas de materia oscura», explicó Cho.

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¿Dónde están los bariones faltantes?

Si la energía oscura y la materia oscura se combinan para formar aproximadamente el 95 por ciento del universo, la materia ordinaria representa aproximadamente el 5 por ciento del cosmos. Sin embargo, no encontramos aún más de la mitad de esta materia ordinaria.

Esta materia, llamada bariónica, está compuesta de partículas tales como protones y electrones, que componen la mayor parte de la masa de la materia visible en el universo.

Los científicos han utilizado el instrumento XMM-Newton del observatorio Chandra de Rayos X de la NASA y la ESA para detectar una gran reserva de gas que yace a lo largo de una estructura de galaxias en forma de pared a unos 400 millones de años luz de la Tierra. En la impresión de este artista, se representa una vista cercana de llamada Sculptor Wall (Pared del Escultor). Este descubrimiento es la evidencia más fuerte hasta ahora de que la «materia perdida» en el universo cercano se encuentra en una enorme red de gas caliente y difuso. CRÉDITO: Spectrum: NASA / CXC / Univ. de California en Irvine / T. Colmillo Ilustración: CXC / M. Weiss

«A medida que los astrónomos cuentan bariones en el universo primitivo hasta la actualidad, sin embargo, el número cae misteriosamente, como si los bariones se desvanecieran constantemente a lo largo de la historia cósmica», escribió Yudhijit Bhattacharjee, escritor de ciencia.

De acuerdo con Bhattacharjee, los astrofísicos sospechan que la materia perdida bariónica puede existir entre las galaxias, como materia que se conoce como medio intergaláctico tibio-caliente (warm-hot intergalactic medium), o WHIM.

Localización de los bariones perdidos en el universo sigue siendo una prioridad en el campo de la astronomía, ya que estas observaciones deberían ser de ayuda para que los investigadores comprendan cómo han evolucionado la estructura cósmica y las galaxias con el tiempo.

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¿Cómo explotan las estrellas?

Cuando una estrella masiva agota su combustible y muere, se dispara una espectacular explosión llamada supernova que puede brillar brevemente con más intensidad que una galaxia entera.

Con los años, los científicos han estudiado las supernovas y las han recreado usando sofisticados modelos informáticos, pero cómo ocurren estas gigantescas explosiones es un misterio astronómico que se mantiene.

Lateral izquierda: Una imagen de un láser produce una onda de choque. Los colores más brillantes corresponden a las regiones de mayor densidad o temperatura (es decir, un shock). Lado derecho: Una simulación de una onda de choque en colapso que surje durante la fase pre-galáctica. Crédito: A. Ravasio (LULI), A. Pelka (LULI), J. Meinecke (Oxford) y C. Murphy (Oxford) / F. Miniati (ETH)

«En los últimos años, los avances en supercomputación han permitido que los astrónomos simulen las condiciones internas de las estrellas con una sofisticación cada vez mayor, ayudándoles a comprender mejor los mecanismos de las explosiones estelares», escribió Bhattacharjee. «Sin embargo, muchos detalles de lo que ocurre dentro de una estrella y conduce a una explosión, así como la forma en que la explosión se desarrolla, siguen siendo un misterio.»

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¿Qué re-ionizó el universo?

La teoría ampliamente aceptada para el origen y evolución del universo es el modelo del Big Bang, que afirma que el cosmos comenzó como un punto increíblemente caliente y denso hace unos 13.700 millones de años.

Una fase dinámica en la historia de los inicios del universo, de aproximadamente 13 millones de años, se conoce como la era de la reionización. Durante este período, la niebla de gas de hidrógeno en el universo primitivo se limpió y se hizo transparente a la luz ultravioleta por primera vez.

Este dibujo artístico muestra las galaxias en un tiempo inferior a los mil millones de años después del Big Bang, cuando el universo todavía estaba parcialmente lleno de niebla de hidrógeno que absorbía la ultravioleta. Crédito: ESO / M. Kornmesser

«Unos 400.000 años después del Big Bang, los protones y los electrones se había enfriado lo suficiente para que su atracción mutua los reuniera en átomos de hidrógeno neutro», declaró el escritor de ciencia Edwin Cartlidge. «De repente, los fotones, que antes dispersaban los electrones, pueden viajar libremente a través del universo».

Pocos cientos de millones de años después, los electrones fueron arrancados nuevamente de los átomos.

«Esta vez, sin embargo, la expansión del universo había dispersado lo suficiente los protones y electrones como para que las nuevas fuentes de energía les impidieran su recombinación. La ‘sopa de partículas» también estaba suficientemente diluída como para que la mayoría de los fotones pudiesen pasar a través de ella sin trabas. Como resultado, la mayor parte de la materia del universo se convirtió en el plasma ionizado que deja pasar la luz que sigue existiendo hoy en día. »

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¿Cuál es la fuente de los rayos cósmicos más energéticos?

El origen de los rayos cósmicos ha tenido largamente perplejos a los astrónomos, que han pasado un siglo investigando el origen de estas partículas energéticas.

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas cargadas, principalmente protones, electrones y núcleos con carga de elementos básicos, que arriban a nuestro Sistema Solar desde lo más profundo del espacio exterior. Cuando el flujo de rayos cósmicos ingresa en el Sistema Solar desde otras partes de la galaxia, su camino es desviado por los campos magnéticos del Sol y la Tierra.

Poco se sabe acerca de los rayos cósmicos de ultra-alta energía que penetran regularmente la atmósfera. Recientes resultados de IceCube desafían una de las principales teorías: que provienen de explosiones de rayos gamma. CRÉDITO: NSF / J. Yang

Los rayos cósmicos más fuertes son extraordinariamente poderosos, con energías de hasta 100 millones de veces mayores que las de las partículas de los colisionadores hechos por el hombre. Sin embargo, el origen de estas partículas extrañas continúa como un misterio sin resolver.

«Después de un siglo de investigación de los rayos cósmicos, los visitantes más energéticas del espacio permanecen obstinadamente enigmáticos y parece que mantendrán sus secretos en los próximos años», escribió Daniel Clery, subeditor de noticias de Science.

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¿Por qué es tan extraño el Sistema Solar?

A medida que los astrónomos y observatorios espaciales descubren planetas alrededor de otras estrellas, los investigadores han tomado gran interés en entender las características únicas de nuestro Sistema Solar.

Por ejemplo, aunque muy variados, los cuatro planetas interiores rocosos tienen capas externas y núcleos metálicos. Los cuatro planetas más alejados son muy diferentes y cada uno posee sus propias características identificables. Los científicos han estudiado el proceso de formación planetaria con la esperanza de comprender cómo llegó a ser así nuestro sistema, pero no ha sido simple obtener respuestas.

Una vista dibujada de los planetas y demás componentes del Sistema Solar reunidos

«En todos los intentos de explicar la diversidad planetaria, sin embargo, aparece el fantasma escalofriante de la casualidad», escribió Richard Kerr, un escritor de ciencia. «Las simulaciones por ordenador muestran que la carambola caótica de planetesimales en nuestro sistema planetario en formación podría fácilmente haber dado lugar a tres o cinco planetas terrestres en vez de cuatro.»

Pero la búsqueda de mundos alienígenas podría ayudar a los científicos a tener esperanzas de lograr conocimientos de los planetas más cercanos a nuestro hogar.

«Puede provenir ayuda de los planetas que orbitan otras estrellas», escribió Kerr. «A medida que los cazadores de exoplanetas vayan más allá de coleccionar tan solo las órbitas y la masa de los planetas, tendrán una cantidad mucho mayor de resultados planetarios a considerar, más de lo que nuestro vecindario local puede ofrecer. Tal vez de la incipiente diversidad surjan los patrones».

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¿Por qué es tan caliente la corona solar?

La atmósfera exterior ultracaliente del Sol se llama corona, y normalmente se calienta a temperaturas que oscilan entre 900.000 grados Fahrenheit (500.000 grados Celsius) a 10,8 millones de grados F (6 millones de grados C).

«Durante la mayor parte de un siglo, los físicos solares han estado desconcertados por la capacidad del Sol de calentar su corona, el desgajado anillo de luz que emerge de la penumbras durante un eclipse solar total», dijo Kerr.

Los astrónomos han acotado las posibles causas a la energía debajo de la superficie visible y los procesos en el campo magnético del Sol. Sin embargo, el mecanismo detallado de calentamiento de la corona son desconocidos en la actualidad.

Una pluma gigante de gas ionizado llamado plasma (a la derecha) salta de la mancha solar 1283 del Sol en esta foto tomada por Solar Dynamics Observatory de la NASA. Esta mancha solar lanzó cuatro llamaradas solares y tres eyecciones de masa coronal desde el 6 al 8 septiembre de 2011. Crédito: NASA / SDO / AIA

«Se debate mucho sobre cómo transporta la energía el campo magnético; y aún más misterioso es cómo la energía se asienta una vez que alcanza la corona», escribió Kerr.

Fuente: Space. Aportado por Eduardo J. Carletti

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