Telescopios en el Square Kilometer Array
SKAO
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Mi primer encuentro con la luz invisible se produjo en mis primeros años y pensé que era mágico. Las radios llenaban todas las habitaciones de la casa de mi infancia: la cocina, los dormitorios e incluso el pasillo. Lentamente giraba el dial en aparatos más antiguos, escuchando cómo la música y las voces emergían de la estática antes de desvanecerse nuevamente mientras navegaba por las ondas de radio. Mucho antes de comprender que estaba sintonizando parte del espectro electromagnético, sentí la maravilla de sentir algo que mis ojos no podían ver.
Los ojos humanos evolucionaron para detectar sólo una estrecha banda de luz (suficiente para navegar por paisajes y reconocer peligros), pero el universo brilla a través de un vasto espectro que se extiende desde los rayos gamma hasta las ondas de radio. Las diferentes longitudes de onda de luz interactúan con la materia de diferentes maneras, lo que significa que cada una revela un lado diferente del mundo y del universo que nos rodea. Estas propiedades las encontramos constantemente en la vida cotidiana. Las microondas, por ejemplo, son la energía adecuada para excitar las moléculas de agua, perfectas para la noble aplicación de recalentar las sobras de la noche anterior. Mientras tanto, los rayos X tienen la energía suficiente para atravesar los tejidos blandos, pero son absorbidos por los huesos, lo que permite a los médicos obtener imágenes de nuestros esqueletos.
La luz de radio es la luz de longitud de onda más larga y de menor energía en el espectro electromagnético, capaz de viajar enormes distancias en gran medida sin obstáculos y atravesar con relativa facilidad a través de la atmósfera terrestre. Esto hace que las ondas de radio sean un poderoso medio de comunicación en la Tierra, como experimenté cuando era niño, pero también son un mensajero ideal desde los confines del espacio y el tiempo. Años más tarde, cuando mis intereses se dirigieron hacia la cosmología, me pareció apropiado que terminara usando radiotelescopios para estudiar las primeras estrellas y galaxias del universo.
El espectro electromagnético tal como lo conocemos hoy es el resultado de siglos de descubrimientos científicos, a medida que los investigadores descubrieron gradualmente que el universo se extendía mucho más allá de los límites de la visión humana. Todo comenzó con un arco iris en 1665, cuando Isaac Newton usó prismas de vidrio para demostrar que la luz blanca se podía dividir en un espectro de colores, desde el rojo al violeta. En 1800, el astrónomo William Herschel había descubierto la luz infrarroja, también con un prisma, midiendo la temperatura de diferentes colores de luz y notando que su termómetro subía un poco más allá del extremo rojo del espectro. A finales del siglo XIX, los avances en electromagnetismo y tecnología de laboratorio habían revelado ondas de radio, microondas, rayos X y rayos gamma, completando nuestra visión moderna del espectro.
Invisible hecho visible
La astronomía óptica es tan antigua como la civilización misma, nacida del simple hecho de que llegamos a este mundo ya equipados para ver la luz del sol o la luz de las estrellas. Otras regiones del espectro requieren herramientas adicionales: antenas y platos para ondas de radio y microondas, y detectores especializados para rayos X y luz infrarroja. Podemos pensar en cada una de estas subcategorías como lenguajes en los que, para comprender el universo, necesitamos la capacidad de traducir a la luz óptica que nuestros ojos comprenden de forma más natural o, en el caso de las radios domésticas, sonidos que nuestros oídos pueden apreciar. Sólo entonces seremos recompensados con un cosmos completo de mensajes invisibles e historias ocultas.
Necesitamos todo el espectro para iluminar completamente el cosmos. La luz ultravioleta, por ejemplo, rastrea columnas de agua que brotan de la superficie de la más pequeña de las lunas galileanas de Júpiter, Europa. Los fuertes campos magnéticos que envuelven al planeta gigante interactúan con la atmósfera de la luna en órbita, generando auroras que brillan intensamente en las longitudes de onda ultravioleta. A medida que el vapor de agua de las columnas asciende a la atmósfera, altera temporalmente el brillo de la aurora. Observar esto permite a los astrónomos inferir la presencia y composición del material que brota del océano potencialmente habitable debajo de la superficie helada de Europa.
Imágenes compuestas muestran una supuesta columna de material en erupción con dos años de diferencia en el mismo lugar en Europa, la luna helada de Júpiter.
NASA, ESA, W. Sparks (STScI) y el Centro de Ciencias de Astrogeología del USGS
Y para el infrarrojo, tenemos el Telescopio Espacial James Webb (JWST), que se encuentra a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, protegido del sol por una sombrilla del tamaño de una cancha de tenis. Con la visión más clara y fría del universo jamás lograda, JWST ha estado reescribiendo lo que creíamos saber sobre cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias.
A medida que el universo se expande, la luz de las primeras galaxias se desplaza hacia longitudes de onda infrarrojas más largas (se mueve hacia el extremo rojo del espectro, por lo que decimos que está desplazada al rojo), que luego es capturada hábilmente por JWST. Con una simple traducción, etiquetando longitudes de onda infrarrojas con colores ópticos como si completáramos una pintura por números, vemos las galaxias tal como eran unos cientos de millones de años después del Big Bang. Sin duda fascinante, pero hay un problema. Muchas de estas galaxias parecen más de mediana edad que jóvenes; simplemente son demasiado grandes para ser explicadas por la formación de estrellas y la evolución de las galaxias tal como pensábamos que las entendíamos. ¿Cómo crecieron tan rápido?
Para responder a esa pregunta, los astrónomos están reuniendo luz más antigua que se ha desplazado a longitudes de onda aún más largas: ondas de radio que han viajado más lejos, durante incluso más tiempo. Con sede en el Observatorio Jodrell Bank en el Reino Unido, el Square Kilometer Array (SKA) consistirá en parte de más de 100.000 antenas repartidas por el interior de Australia Occidental en un enorme observatorio de radio, capaz de escuchar los más débiles susurros de sólo unas pocas decenas de millones de años después del Big Bang. Al detectar débiles señales del gas hidrógeno que giraba alrededor del universo primordial, el SKA pretende traducir mensajes de la primera civilización de estrellas y pequeños agujeros negros. Sin embargo, ésta es sólo una aplicación científica del SKA. Observará multitud de fenómenos celestes, cartografiará los brazos más lejanos de la Vía Láctea, por ejemplo, y escuchará señales de inteligencia extraterrestre.
La búsqueda de vida extraterrestre (SETI) es un campo de investigación que me fascina especialmente porque demuestra maravillosamente la naturaleza complementaria de las observaciones en diferentes longitudes de onda. Con telescopios ópticos como el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), estamos catalogando miles de planetas fuera de nuestro sistema solar, midiendo la caída infinitesimal de brillo que observamos cuando un planeta pasa por delante de la estrella que orbita. Luego, con telescopios infrarrojos como el JWST, podremos medir la composición de la atmósfera exoplanetaria y señalarla como potencialmente habitable. Finalmente, con los radiotelescopios podemos apuntar a la lista corta de planetas que prometen albergar vida y escuchar mensajes extraterrestres, ya sea un saludo intencional o la filtración involuntaria de comunicaciones de radio como transmisiones de televisión. Después de todo, las leyes de la física se aplican tanto en los exoplanetas como en la Tierra, lo que hace que la radio sea el medio de comunicación más obvio. Quizás algún día, mientras navegamos por las ondas de radio de otros sistemas estelares, una voz completamente extraña surja de la estática.
Nacemos con fluidez en un solo idioma de luz, sin embargo, el universo es profundamente multilingüe. El espectro electromagnético es una piedra de Rosetta que permite a nuestros telescopios traducir historias invisibles escritas en guiones invisibles. Cuando leemos juntas, estas historias nos permiten sintonizarnos con un universo mucho más rico que el que nuestros ojos pueden ver por sí solos.
Emma Chapman es astrofísica de la Universidad de Nottingham, Reino Unido, y autora de Radio Universe: Cómo explorar el espacio sin salir de la Tierra (John Murray, 2026).
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