Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Einstein, Hubble y Canarias

No se trata de relatar facetas turísticas de estos grandes hombres. Lo que intentaremos describir es la existencia del fenómeno del espejismo cósmico, conocido como lente gravitatoria, y de su estudio mediante el sistema INTEGRAL, un nuevo instrumento capaz de realizar espectroscopía bidimensional mediante fibras ópticas.

¿Qué tienen que ver con ello Einstein, Hubble o las Islas Canarias?. Vayamos por partes y adelantemos que las lentes gravitatorias proporcionan a los cosmólogos unas herramientas precisas para medir diversos parámetros cosmológicos, como la constante de Hubble (Ho), muy relacionada con el cálculo de la edad del Universo, la densidad de materia del Universo (Wo), esencial para dilucidar su destino, y la constante cosmológica Io, formulada por Einstein, para explicar las propiedades del Universo.

LENTES GRAVITATORIAS. Son consecuencia directa de una de las principales predicciones de Einstein en su Teoría de la Relatividad General: los campos gravitatorios de algunos objetos pueden desviar de varios modos los rayos de luz procedentes de un cuerpo lejano, lo que originaría más de una imagen de ese cuerpo. Los sistemas de imágenes múltiples, conocidos como sistemas lente o espejismos gravitatorios, se producen cuando una gran masa (por ejemplo, una galaxia o un grupo de galaxias) se sitúa en la trayectoria de la línea de visión que conecta al observador con una fuente luminosa distante, como puede ser un cuásar. En tal situación, la concentración de masa actúa como una lente gravitatoria respecto a los rayos de luz procedentes de la fuente y, debido a la deflexión gravitatoria, siguen varias trayectorias, produciendo varias "imágenes". Hasta ahora, se han descubierto unos 30 sistemas múltiples de cuásares originados por ese efecto lente gravitatoria.

La más interesante y espectacular de todas ellas es la bautizada como Cruz de Einstein, que es un sistema de cuatro componentes originado por un cuásar muy lejano. Recientemente, los investigadores del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) han sido capaces de descubrir un fenómeno no observado hasta la fecha, la existencia de un arco de luz que conecta tres de las cuatro componentes de la Cruz de Einstein. Ese arco se debe a la distorsión gravitatoria que ha sufrido la imagen de la galaxia que hospeda al cuásar origen de la Cruz de Einstein. Lo importante es que, según los más renombrados expertos mundiales, ello se ha conseguido con una instrumentación propia y única construida en el IAC, y que se espera que estos tipos de estudios puedan permitir resolver la estructura de los cuásares así como ayudar a la realización de modelos teóricos de los sistemas de lentes gravitatoria. Una de las primeras aplicaciones de la nueva tecnología ha sido el estudio de pares de objetos cósmicos con una gran diferencia de intensidad entre ellos, como ha sido el caso de la estrella binaria HD 167605, que había sido detectada recientemente por el telescopio espacial Hubble. Otros éxitos han sido los estudios del núcleo de M31, de la galaxia de Andrómeda; del núcleo de la galaxia en interacción NGC 2992; de algunas galaxias infrarrojas ultralumínicas, así como de ciertas fusiones de galaxias.

INTEGRAL. Un telescopio es un instrumento colector de fotones, de luz muy débil, que nos llega del mundo exterior y la concentra en un punto. En este foco se ha de situar la instrumentación específica (espectrógrafos, fotómetros, cámaras...) que permiten recoger, analizar y extraer la información que transportan las ondas electromagnéticas luminosas. El desarrollo y construcción de esa instrumentación requiere de una ingeniería avanzada capaz de desarrollar los necesario componentes electrónicos, ópticos y de software. El uso de fibras ópticas, especialmente diseñadas y fabricadas al respecto, permiten aprovechar más eficazmente el registro de las informaciones espaciales y espectrales.

Los más importantes telescopios del mundo (HHT, Gemini, VLT, MMT, Subaru, GTC, etcétera) tienen en proyecto contar con instrumentos de este tipo pero INTEGRAL ha sido el primero de todos, con la característica de que se trata de un proyecto totalmente concebido, gestionado y desarrollado por el IAC, aunque ha contado con financiación hispano-británica y con la posterior colaboración internacional del ISAAC NEWTON GROUP y del británico ROYAL GREENWICH OBSERVATORY. El investigador principal de este proyecto ha sido el Dr. Santiago Arribas, colaborador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el IAC, quien ha sido recientemente elegido por la Agencia Europea del espacio (ESA) como miembro del Equipo Científico que supervisa los estudios de la ESA relativos al Telescopio Espacial de Nueva Generación (NGST), un telescopio espacial de 8 metros de diámetro que será el sustituto del telescopio espacial Hubble hacia el año 2008. El Integral es el último de los instrumentos desarrollados por el IAC para realizar espectroscopia bidimensional, basado en el uso de las fibras ópticas. Está acoplado al telescopio William Herschel, del Observatorio canario del Roque de los Muchachos y sus posibilidades observacionales son únicas al poder combinar simultáneamente imagen y espectroscopia. En cada exposición tomada con INTEGRAL se obtienen, simultáneamente, unos 200 espectros, lo que posibilita la generación de imágenes de cualquier característica espectral. El nuevo sistema es un instrumento de uso común, es decir, que se encuentra a la disposición de toda la comunidad científica internacional.

DESARROLLO. El plan de desarrollo del nuevo instrumento se basó en la construcción de dos prototipos previos, no entregables, el DM y PM, y de lo que sería la versión final, el EM. La fase teórica del proyecto se inició en septiembre de 1994, la entrega final en julio de 1997, y se alcanzó la total operacionabilidad en 1998. Los primeros resultados obtenidos fueron tan brillantes que fueron inmediatamente publicados en la revista The Astrophysical Journal Letter, en un artículo que resultó conmemorativo, ya que suponía el número 1000 del IAC publicado en revistas internacionales especializadas.

Este brillante éxito de la Ciencia española permitirá, como antes hemos indicado, realizar cálculos más precisos de diversos parámetros cosmológicos que nos permitirán conocer mejor aspectos que a todos nos intrigan como son el origen, la evolución y el destino del Universo, cuestiones de las que se han ocupado muchos insignes científicos, entre ellos, Einstein y Hubble. El modelo de la relatividad de Einstein proponía un Universo no expansivo, que permanecería estático gracias a su formulada constante cosmológica, que contrarrestaría a la gravedad. Posteriormente, los hallazgos de Hubble y el desarrollo de la teoría del BIG BANG hicieron evidente la realidad de un Universo en continua expansión y la ley de Hubble (1929) relacionó la observable recesión de las galaxias en expansión con su distancia.

Es curioso que, en 1931, Einstein tuvo ocasión de visitar, en el Observatorio de Pasadena, a Hubble. Einstein, usualmente muy silencioso, una tarde le dijo a Grace, la esposa de Edwin Hubble: "El trabajo de su esposo realmente es muy hermoso". La demostración de Hubble de la expansión del Universo hizo que Einstein afirmase que el postulado de su constante cosmológica había constituido el mayor fiasco científico de su vida. Y es fascinante que, desde hace algo más de un año, se haya vuelto a pensar en la existencia de la constante cosmológica de Einstein como explicación a una observada expansión acelerada del Universo. Esperemos que los nuevos logros científicos, como los canarios hoy comentados, permitan reconciliar las ideas de Hubble y de Einstein, pero, sobre todo, nos permitan entender mejor a nuestro Universo.