El cosmos: ¡fascinantes descubrimientos!

Autor : Diego Arias Serna

No con presupuestos mezquinos para la ciencia, como sucede en nuestro país, sino con cuantiosas inversiones, en este caso 10.000 millones de dólares, fue posible hacer realidad el telescopio James Webb.

El ser humano se podría clasificar en dos categorías: quienes se asombran ante los fenómenos de la naturaleza y se hacen preguntas y formulan hipótesis que tratan de dar respuesta a esas conjeturas; y también aquellas personas que ante todo lo maravilloso del universo no se inmutan y vegetan. Los de la primera categoría son una minoría y son los que se dedican a la ciencia. Son ellos los que han permitido el gran avance del conocimiento y que han facilitado el florecimiento de las tecnologías, que no es más que ciencia aplicada, que a su vez permite el progreso de la ciencia.

A lo largo de la historia de la humanidad, tanto hombres como mujeres han hecho aportes a la ciencia y a la tecnología, y se han preguntado por lo muy grande y distante del cosmos, así como por lo muy pequeño. Y para acercarse a lo alejado, los científicos se han valido del telescopio; y lo diminuto, quienes hacen ciencia, lo amplifican usado el microscopio. Pero hay que decir que la capacidad de pensar ha permitido que algunas explicaciones de la naturaleza hayan sido afortunadas sin tener que usar tecnologías, como lo hicieron personajes de la antigua Grecia, tal como Demócrito, (460-370 a. C.) quien formuló la teoría atomista.

Más tarde llegó Galileo Galilei (1564-1642), un italiano que hizo aportes en astronomía, física, matemáticas, ingeniería y filosofía; impulso la teoría heliocéntrica, sacando a la Tierra como centro del universo, y puso en su lugar al Sol. Él se ‘paró’ en los hombros de Nicolás Copérnico, Giordano Bruno, Aristóteles, entre otros. Galileo puede considerarse como uno de los creadores del Renacimiento, movimiento científico que está pidiendo pista ante la decadencia actual. También fue uno de los científicos que promovió el telescopio, que es el embrión que le dio nacimiento al telescopio espacial James Webb (JWST), que en este 2022 está revolucionando el conocimiento del universo, haciéndolo más inmenso.

En el otro extremo, lo de lo muy pequeño, fue formulado inicialmente por Demócrito con su planteamiento del átomo, como ya se dijo. Luego, con el microscopio, el mundo de lo diminuto se hizo más evidente, y este año, con el Gran Colisionador de Hadrones (GCH), está dejando perplejo al mundo de la ciencia con los descubrimientos logrados en el mundo nanoscópico, algo mil veces menor que lo microscópico. Por la importancia de los hallazgos logrados con el JWST y el GCH, en esta ocasión el artículo dominical presentará algunos de los hallazgos en este 2022. 

El 95% del cosmos es desconocido

Podría afirmarse que el intento de la ciencia por escudriñar lo muy grande y lo muy pequeño, ha permitido a los científicos explicarse el mundo físico, y para ello se ha valido de dos grandes modelos que funcionan sin problemas por separado y que se complementan. Así se tienen la teoría de la relatividad general (RG), asociada con la interacción gravitacional y la teoría cuántica de campos, que agrupa a las otras tres interacciones fundamentales de la naturaleza, que se conocen como las fuerzas electromagnéticas y las fuerzas nucleares, la débil y fuerte.

La RG fue confirmada en todas sus predicciones, siendo la última cuando en 2015 se detectaron las ondas gravitacionales por el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Luisiana (Ligo), EE.UU. El pensamiento de dos grandes científicos ha sido el promotor, en buena parte, de estas dos teorías: Isaac Newton (1643-1727) y Albert Einstein (1879-1955). Ellos, gestores de conocimiento, han sido humildes para expresar el tamaño de la ignorancia. Newton afirmó: “Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano”. Por su parte, Einstein manifestó: “No sabemos nada del mundo ni de Dios. Todo nuestro conocimiento no es más que el saber de un niño de primaria”.

Aunque desde Newton se ha ampliado mucho la comprensión de la naturaleza, todavía la humanidad está en tinieblas, por ejemplo, los científicos estiman que el 95 % del cosmos nos resulta totalmente desconocido. No se sabe con certeza qué es la materia oscura, ni la energía oscura; la primera representa el 27 %, mientras que la segunda supone un 68 %. Por eso los científicos formulan hipótesis y planten experimentos que validen sus conjeturas.

Con esa idea se formuló la realización del experimento con el telescopio espacial James Webb (JWST). Al respecto BBC News Mundo manifestó en enero 2020: “Es un observatorio espacial que puede mirar hacia el punto más remoto del pasado y es difícil exagerar la emoción que rodea a los descubrimientos, a los que podría conducir”. El JWST es una misión internacional que tiene la colaboración de 14 países y fue construido y operado conjuntamente por las Agencias Espaciales de Estados Unidos (NASA), la Agencia Espacial Europa y la Agencia Espacial Canadiense.

Se indaga los inicios del big bang 

El telescopio tardó varios años en su construcción y tuvo un costo de 10.000 millones de dólares. Además de investigar los inicios del big bang y el nacimiento de las primeras estrellas, se busca sustituir a los telescopios Hubble y Spitzer y ampliar el horizonte del conocimiento. Fue lanzado el 25 de diciembre 2021. Ahora se sabe que el telescopio está encontrando brillantes galaxias tempranas que permanecían ocultas de la vista, incluyendo una que pudo haberse formado hace 350 millones de años después del big bang, lo que superaría un hallazgo del telescopio Hubble, que identificó una galaxia que se formó 400 millones de años después del inicio del universo.   

El telescopio también ha detectado galaxias lejanas en colisión, exoplanetas gigantes gaseosos y sistemas estelares moribundos, poniendo en evidencia su amplia gama de capacidades de imagen infrarroja y demostrando que el telescopio funciona tal y como fue diseñado. Asimismo, se lograron imágenes de una colección giratoria de estrellas, gas y polvo unidos por la gravedad, que data de unos 300 millones de años después del big bang. Esto supera en 100 millones de años el anterior récord de la galaxia más lejana y antigua jamás detectada, récord que ostentaba una galaxia conocida como GN-Z1.

Cuando GN-Z1 fue detectada por el telescopio espacial Hubble en 2016, la luz de la galaxia había tardado 13.400 millones de años en llegar al Hubble. Los investigadores, del Centro de Astrofísica de Harvard y del Smithsonian de Massachusetts, también descubrieron una segunda llamada GLASS-z11. Ambas galaxias tienen una masa equivalente a mil millones de soles, lo que el equipo sugiere que es lo que se esperaría de 500 millones de años, lo que podría indicar que las estrellas se formaron incluso antes de lo que los científicos piensan.

Otro aspecto que ha enseñado el telescopio es la materia oscura, ocupando un lugar destacado en la primera imagen de “campo profundo” del Webb, una foto compuesta de un cúmulo de galaxias distante, SMACS 0723, que ofrece la visión más detallada hasta la fecha del universo primitivo gracias a un efecto de aumento llamado lente gravitacional. La enorme masa combinada de galaxias y otras materias invisibles en el primer plano de la imagen deforma el espacio circundante lo suficiente como para amplificar la luz procedente de galaxias más distantes detrás de ellas, haciendo que se vean objetos más débiles y lejanos, y por tanto más atrás en el tiempo.

El Primer Campo Profundo de Webb es la primera imagen operativa tomada por el JWST, que muestra el cúmulo de galaxias SMACS 0723, a 4.600 millones de años luz de la Tierra. Igualmente, el telescopio ha producido la información espectral más detallada sobre un exoplaneta, convirtiéndolo en el mundo que mejor conocemos su atmósfera después de los principales planetas de nuestro Sistema Solar. Así que, con apenas 6 meses de estar enviando imágenes, ya los científicos están asombrados y las sorpresas serán mayores a medida que este instrumento siga navegando en las profundidades del universo.   

La investigación nuclear en Europa

Los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, laboratorio conocido también con la sigla CERN, éste 2022 han anunciado el descubrimiento de nuevas partículas exóticas. Ellos afirman haber observado un nuevo tipo de pentaquark y el primer par de tetraquarks de la historia, lo cual añade tres miembros a la lista de nuevos hadrones encontrados en el Gran Colisionador de Hadrones (GCH). Pero ¿qué es un hadrón? Siguiendo a Wikipedia, un hadrón es una partícula subatómica que está sometida a una interacción nuclear fuerte.  Entre estas partículas se tienen el protón y el neutrón. 

El hallazgo fue posible en el experimento Large Hadron Collider beauty (LHCb), - que podría traducirse como “la belleza del Gran Colisionador de Hadrones”, que es fruto de una colaboración científica internacional y que forma parte del GCH, que es un anillo localizado en un túnel subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia en la frontera entre Suiza y Francia. El LHCb es uno de los seis detectores de partículas, que está en funcionamiento instalado en el GCH. El instrumento es especializado en física del quarkb, y uno de los objetivos es la medida de parámetros de violación de simetría CP en la desintegración de hadrones que contengan dicho quark. 

Los quarks pueden combinarse en partículas de cuatro o cinco, por lo que se les denomina “tetraquarks” o “pentaquarks”. Estos hadrones exóticos habían sido predichos hace más de medio siglo por los físicos teóricos al mismo tiempo que los hadrones clásicos, pero es sólo durante las últimas dos décadas que los avances de la ciencia han permitido su observación. En los diez años transcurridos desde el descubrimiento del Boson de Higgs en el CERN, el LHC – una máquina en la que los haces de protones chocan a energías jamás alcanzadas – ha hecho posible el descubrimiento de más de 60 partículas compositivas o subatómicas. 

“Cuantos más análisis realizamos, más partículas tipo hadrones exóticos encontramos”, señaló el coordinador de la física en el LHCb, Niels Tuning, en un seminario en la institución científica. Recrear los primeros microsegundos tras el big bang, el mayor y más potente colisionador de partículas del mundo busca responder a grandes preguntas que persisten sobre el funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones del Centro Europeo de Física de Partículas de Ginebra (Suiza), para lograrlo, en julio 2022, se hizo colisionar protones a una energía jamás alcanzada, lo que le permitió recrear con mayor facilidad las condiciones que había en los primeros microsegundos después del big bang.

Los quarks son partículas elementales que se reúnen generalmente por grupos de dos o tres para constituir los hadrones, tales como los protones y neutrones que forman el núcleo de los átomos. Con estos dos experimentos, el Telescopio James Webb, y el Gran Colisionador de Hadrones, se estudia los inicios del universo, es decir, el big bang, lo que permitirá que el conocimiento siga avanzando.