El acelerado desarrollo de la tecnología constantemente brinda nuevas herramientas que van de la mano con el avance de la investigación científica, permitiendo que ésta también se desarrolle rápidamente y que se retroalimenten positivamente entre sí. Poco a poco, los nuevos descubrimientos hacen que frases como la del título de este artículo, que nos remiten a una famosa película de ciencia ficción, cada vez parezcan menos ficción y más realidad.
El 15 de diciembre de 2020, un equipo internacional de astrónomos (provenientes de Japón, China, Estados Unidos y Suiza), pudo medir con gran exactitud la distancia hasta la galaxia denominada GN-z11. Esta galaxia fue descubierta en 2016, y mediciones obtenidas con el telescopio espacial Hubble la reportaron como la galaxia más distante conocida hasta ese momento. Sin embargo, se consideraba que las observaciones obtenidas ese año no eran del todo contundentes. Ahora, las nuevas evidencias obtenidas con las últimas observaciones efectivamente confirman la teoría de que esta galaxia es la más lejana conocida hasta ahora.
Imagen de la galaxia GN-z11 obtenida con el Telescopio Espacial Hubble. (Credito: Nobunari Kashikawa)
El grupo de astrónomos realizó observaciones de la luz emitida por dicha galaxia en el rango ultravioleta del espectro electromagnético. Como el telescopio Hubble no contaba con la sensibilidad suficiente para distinguir las líneas de la radiación emitida proveniente de esta galaxia con la precisión requerida, utilizaron un instrumento más moderno: el espectrógrafo MOSFIRE, perteneciente al observatorio KECK en Hawai.
Surge entonces la pregunta fundamental que nos concentraremos en responder: ¿A qué distancia se encuentra esta galaxia?
Cuando los objetos astronómicos se encuentran a distancias tan descomunales, resulta difícil hablar de kilómetros, de miles de kilómetros, o incluso, del tan conocido año luz, para determinar dónde se encuentran. En vez de eso, los astrónomos utilizan el valor del redshift o corrimiento al rojo de la radiación que emite, para dar una noción acerca de la distancia a la que se encuentra dicho objeto. La galaxia GN-z11 posee un redshift de 10,957. Pero si no sabemos lo que es el redshift, este número no nos dice demasiado. Veamos entonces qué es este término.
El redshift es un ejemplo del efecto Doppler, que probablemente resulte un poco más conocido. El efecto Doppler se refiere al fenómeno por el cual, si un objeto emite ondas, (por ejemplo, de luz o de sonido), y, además, se encuentra en movimiento respecto del observador que recibe estas ondas, el observador las recibirá con una longitud de onda diferente a la emitida por el objeto.
Si la fuente de ondas se aleja del receptor, las ondas llegarán más espaciadas o “estiradas”, es decir, con menor frecuencia y mayor longitud de onda. Si la fuente se acerca, las ondas llegarán más encimadas o “apretadas”, con mayor frecuencia y menor longitud de onda.
Si hablamos de ondas de sonido, que tengan mayor frecuencia se corresponde a un sonido más agudo, y que tengan menor frecuencia se corresponde a un sonido más grave. Si estamos parados en la calle, este fenómeno se evidencia en cómo cambia el sonido de, por ejemplo, un auto tocando la bocina, o una sirena, que se siente más agudo cuando el vehículo que emite el sonido se acerca rápidamente y luego más grave cuando se aleja.
Efecto doppler en la sirena de un auto de policía. (Crédito: Las Cumbres Observatory)
Si hablamos de ondas de luz, la mayor o menor longitud de onda se corresponde con un cambio en el color que el observador detecta. En el espectro visible, las menores longitudes de onda corresponden al violeta y las mayores longitudes de onda corresponden al rojo. Entonces,
¿qué ocurre si observamos un objeto que emite ondas de luz, y que se aleja de nosotros? Como dijimos más arriba, la luz nos llegará con una longitud de onda mayor y una menor frecuencia que la emitida, es decir, veremos el objeto con un color más desplazado hacia el rojo de lo que era originalmente. A este efecto se le llama redshift o corrimiento al rojo. De la misma manera, si un objeto emite ondas de luz y se acerca a nosotros, veremos un blueshift o corrimiento al azul.
Efecto Doppler de un objeto astronómico: Corrimiento de las ondas que emite (en reposo) hacia el rojo (longitud de onda algo mayor) cuando se aleja y al azul (longitud de onda algo menor) cuando se acerca, al observador.
(Editado de Aleš Tošovský – Own work, CC BY-SA 3.0)
¿Qué sucede en el espacio? Cuando se utilizan espectrógrafos para medir el espectro electromagnético de la luz emitida por los objetos lejanos, puede verse que todas las galaxias lejanas presentan redshift. Según el efecto Doppler, esto significa que todas las galaxias lejanas se están alejando de nosotros, lo que se es considerado por los físicos como una prueba de que el universo está en expansión. No son las galaxias las que se mueven, es el mismísimo espacio entre ellas el que se estira permanentemente. Mientras más lejos se encuentre una galaxia de nosotros, más rápido se aleja (a esto se le llama expansión acelerada del universo), y por lo tanto va a tener un redshift más elevado. Así, el cálculo del redshift en la radiación emitida por una galaxia nos va a dar una noción de la distancia a la que se encuentra esa galaxia.
En este caso se ejemplifica cómo se verían los desplazamientos al rojo (redshift) y al azul (blueshift) sobre un espectro electromagnético. En negro sobre el fondo del espectro visible continuo se observan las líneas de absorción de una galaxia, y puede verse el cambio en sus longitudes de onda debido al desplazamiento.
En el caso que nos concierne, el de la galaxia GN-z11, el corrimiento al rojo es tan marcado que las líneas de emisión provenientes de la galaxia en la región del ultravioleta, alrededor de los 191 nm (1,91.10-7 m), se observaron desplazadas unos 2283 nm (2,283.10-6 m) hacia el rojo, es decir, ¡fueron recibidas por el espectrógrafo en la región del infrarrojo!
Las líneas de emisión estudiadas (en verde) de la galaxia GN-z11 se encontraron en la región del infrarrojo. (Credito: Nobunari Kashikawa)
Este enorme redshift se corresponde con una galaxia cuya luz viajó 13400 millones de años, a una velocidad de unos 300.000 km/s, antes de llegar hasta el planeta Tierra. Esto también la convierte en el objeto más antiguo que podamos ver, si recordamos que el Big Bang, el evento que dio origen al universo, se dio hace 13800 millones de años. Es decir, esta galaxia se formó tan solo 400 millones de años luego del origen del Big Bang.
Si recordamos que el universo está en constante expansión, esta galaxia ha estado permanentemente alejándose del planeta Tierra desde su formación. Entonces, en realidad este redshift se corresponde aproximadamente con una distancia actual de 32000 millones de años luz. Sin embargo, este número es mucho menos exacto que el valor del redshift en sí, por lo cual la comunidad astronómica opta por dar el valor de redshift como indicativo de la distancia.
Es interesante mencionar entonces la diferencia entre la edad del universo y el universo observable. Cuando aprendemos la definición de año luz, “la distancia que recorre la luz en un año yendo a 300.000 km/s”, y escuchamos la frase, “el universo tiene 13800 millones de años”, es natural pensar que, si estuviésemos en una nave que viaja a la velocidad de la luz, nos tardaríamos 13800 millones de años en llegar al borde del universo. Sin embargo, como el universo está en permanente expansión desde su creación, en realidad el borde del universo hoy se encuentra a unos 46500 millones de años luz, un valor que está en aumento permanentemente. Este último número es el tamaño del universo observable.
Posiblemente nunca podamos tener naves espaciales para viajar a estas galaxias, pero lo que sí es seguro, es que cada vez tendremos mejores instrumentos y conocimientos para aprender más acerca de ellas.
Autora
Paula Céspedes – Licenciada en Física (UNC)
Bibliografía y fuentes consultadas
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- Linhua Jiang, Nobunari Kashikawa, Shu Wang, Gregory Walth, Luis C. Ho, Zheng Cai, Eiichi Egami, Xiaohui Fan, Kei Ito, Yongming Liang, Daniel Schaerer and Daniel P. Stark, «Evidence for GN-z11 as a luminous galaxy at redshift 10.957,» Nature Astronomy: December 14, 2020, doi:10.1038/s41550-020-01275-y
- https://www.keckobservatory.org/farthest-galaxy/
- https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00153.html
- https://subarutelescope.org/en/results/2020/12/14/2920.html
- https://kiaa.pku.edu.cn/info/1031/7391.htm
