Si has tenido la suerte de observar el cielo en una noche sin luna y lejos de la ciudad, coincidirás en que es un paisaje hermoso que nos recuerda lo pequeño que somos en comparación con el universo. A simple vista se pueden observar distintos objetos, algunos más brillantes, otros más rojos, algunos son planetas, otros son estrellas o galaxias. También, a ojo desnudo, podemos ver el brazo de la Vía Láctea que cruza el cielo asemejando una nube o una mancha de leche, como la describieron los antiguos griegos.

Nuestros ojos son pequeños sensores que reciben luz de objetos distantes y la procesan en nuestro cerebro para construir una imagen. La luz es una onda electromagnética que viaja a través del espacio, incluso en el vacío. Al mirar el Sol, lo que se observa es cómo estaba el Sol hace ocho minutos, que es el tiempo que se demora en llegar la luz a la Tierra. Es decir, se está mirando el pasado. La información que recibimos no sólo podemos decir que es de lugares lejanos, sino también de tiempos pasados.

Nace el telescopio

En 1609 Galileo desarrolló un revolucionario receptor de luz que permitía mejorar la imagen que se ve a simple vista: el telescopio. Con su invento pudo observar las lunas de Júpiter y las manchas solares, lo que abrió la posibilidad de mirar lugares con nuevos y mejores ojos.

La luz visible a nuestros ojos es sólo una parte del espectro electromagnético, pues existen ondas que no podemos “ver”. Por ejemplo, cuando uno calienta comida en el microondas. Dentro del horno hay ondas electromagnéticas que mueven las moléculas de agua de los alimentos para aumentar la temperatura; sin embargo, para nuestros limitados ojos las microondas son imperceptibles. Eso también ocurre cuando alguien se toma una radiografía usando rayos X. El espectro electromagnético incluye desde las ondas de radio, que son las más largas, hasta los rayos gamma que son las más cortas, pasando por las microondas, el infrarrojo, el visible y el ultravioleta.

Los fenómenos físicos que ocurren en el universo son variados y cada uno emite un tipo particular de luz. Las nubes frías de gas y polvo donde se están formando estrellas en galaxias lejanas emiten fuertemente en ondas de radio. El mayor observatorio de ondas de radio es ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimiter Array), que cuenta con 66 antenas de 12 metros de diámetro cada una.

El EHT (Event Horizon Telescope) es un conjunto de ocho radiotelescopios terrestres que se conectan entre sí para generar el equivalente a un telescopio del tamaño de la Tierra, una obra de una creatividad infinita. En 2019, el EHT produjo una de las imágenes más maravillosas: la primera foto de un agujero negro en el centro de la galaxia M87. Este agujero negro supermasivo tiene 6.500 millones de veces la masa del Sol y se ubica a aproximadamente 55 millones de años luz de la Tierra. Con esta imagen, se consolida la evidencia sobre la existencia de estos objetos que fueron predichos hace más de 100 años luego de que Einstein formulara la teoría de la relatividad general.

Chile tiene condiciones privilegiadas para realizar observaciones astronómicas, cuenta con lugares altos y secos, que son ideales para minimizar las interacciones de la luz con la atmósfera que distorsionan las imágenes. De aquí al 2030 el 60% de los observatorios astronómicos del mundo estarán en Chile, incluido el ELT (Extreme Large Telescope) de 39 metros de diámetro, el telescopio más grande que se haya construido.

No sólo existen telescopios en la Tierra. La tecnología ha permitido diseñar telescopios espaciales que permiten detectar luz fuera de la atmósfera, alcanzando distancias y precisiones mucho mayores. En 1990 se lanzó el telescopio espacial Hubble, donde se realizaron las mediciones que confirmaron la aceleración del universo; es decir, no sólo los objetos del cosmos se alejan unos de otros, sino que se separan aceleradamente. Actualmente, el telescopio espacial más potente es el James Webb, de 6.5 metros de diámetro: con él se podrá estudiar desde las regiones cercanas al big bang hasta la formación y evolución de estrellas y planetas cercanos.

Ya sabemos de la existencia de miles de planetas que orbitan estrellas lejanas. Con el James Webb se podrán estudiar las atmósferas de esos exoplanetas para saber si hay posibilidad de que sean habitables o que alberguen vida.

Otros de los descubrimientos impresionantes del último tiempo muestran que algunas de las nubes de gas y polvo donde se están formando estrellas presentan moléculas orgánicas complejas, lo cual permitiría entender en algún momento el origen de la vida.

El mundo subatómico

Las moléculas tienen un tamaño del orden de los nanómetros; es decir, una milmillonésima parte de un metro. Aquí llegamos a una escala donde vive un mundo antagónico al que acabamos de recorrer, que también es inaccesible a nuestra simple vista: el mundo de las partículas fundamentales.
Todo en el universo está formado por un conjunto de bloques básicos llamados partículas fundamentales. La teoría que describe estas partículas y sus interacciones (o fuerzas fundamentales) es el Modelo Estándar de partículas. Por ejemplo, los protones, aunque usted no lo crea, no son partículas fundamentales y pueden subdividirse en tres quarks. Este mundo de las partículas fundamentales necesita unos ojos distintos para ser estudiado, los que conocemos como aceleradores de partículas.

El LHC (Large Hadron Collider) es el acelerador de partículas más potente hasta el momento. Está formado por una circunferencia de 27 kilómetros de largo donde se hacen chocar haces de partículas que viajan en direcciones opuestas a velocidades cercanas a la de la luz. La precisión necesaria para que este evento ocurra es equivalente a hacer chocar a mitad de camino a dos agujas que se encuentran a 10 kilómetros de distancia.

Dentro del acelerador existen detectores, que recogen los datos que posteriormente se deben analizar con complejos algoritmos computacionales para reconocer qué partículas se han formado luego de la colisión. Este proceso ha permitido detectar la última partícula que predecía el Modelo Estándar: el bosón de Higgs. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas abiertas, como entender qué es la materia oscura.
Lo que observan nuestros ojos es sólo una pequeña región en el universo. Sin embargo, con la creatividad y el desarrollo tecnológico se ha podido ir develando la naturaleza a escalas inimaginables.