lunes, 30 de enero de 2017

Vesto Slipher (I): La expansión del universo

Vesto Slipher, en 1909 | Fuente

Vesto Melvin Slipher nació el 11 de noviembre de 1875 en una granja de Mulberry, Indiana. Poco es lo que sabemos sobre su infancia y juventud, salvo que creció fuerte y vigoroso. Se licenció primero en una escuela secundaria en Francfort, Indiana y más tarde en la universidad de Indiana, donde recibió un título de grado en mecánica y astronomía en 1901, un título de máster en 1903 y un doctorado en 1909.

En 1901, uno de sus profesores de la universidad le recomendó a Percival Lowell, el excéntrico millonario que había construido, pagado de su propio bolsillo, un observatorio en la localidad de Flagstaff, Arizona. Su principal objetivo era encontrar pruebas de la existencia de vida en Marte, algo que él daba por seguro. Sin mucho entusiasmo, Lowell accedió a contratar a Slipher como su asistente. Sus funciones incluían encargarse del huerto de Lowell mientras él estuviera ausente (algo habitual pues solía acudir a Boston por temas de negocios), además de cuidar a Venus, la vaca del observatorio, y sus terneros. Nadie hubiese apostado entonces que pasaría más de cincuenta años trabajando en aquel observatorio.

Lowell y Slipher, juntos en el centro de este grupo en 1905 | Fuente

Al poco de empezar, llegó al observatorio un espectrógrafo encargado por Lowell, quien asignó a Slipher la tarea de montarlo en el telescopio y aprender a usarlo. Este aparato permitía estudiar las líneas espectrales en la luz procedente de las estrellas y otros objetos celestes. Estas líneas espectrales son las huellas que los distintos elementos químicos dejan en la luz durante su camino hasta la Tierra, en forma de líneas oscuras a determinadas longitudes de onda. Si la fuente de luz se mueve con respecto al observador, la longitud de onda registrada se desplaza hacia longitudes de onda mayores (más rojas) en el caso de que el objeto se aleje del observador, y a longitudes de onda menores (más azules) si el objeto se aproxima al observador. Midiendo este desplazamiento, se puede calcular la velocidad de una fuente de luz con respecto al observador.

Desplazamiento al rojo de las longitudes de onda | Fuente

A principios del siglo XX, uno de los temas candentes entre la comunidad científica era la naturaleza de las llamadas nebulosas espirales. Hasta entonces, los telescopios no habían sido capaces de revelar muchos detalles acerca de su estructura interna. A simple vista parecían nubes de polvo y gas, pero su luz tenía características similares a la de las estrellas, aunque no se apreciaba la existencia de ninguna. Los astrónomos estaban desconcertados. Algunos pensaban que eran vastas agregaciones de estrellas, situadas más allá de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Otros creían que eran sistemas planetarios en formación.

En 1909, Slipher ya era un experto en el manejo del espectrógrafo cuando fijó su atención en las nebulosas espirales; una de las primeras fue M31, la nebulosa de Andrómeda. Su luz era tan tenue que tuvo que aumentar la sensibilidad del espectrógrafo a costa de reducir el tamaño de la placa fotográfica al de la uña de un pulgar, lo que le obligaba a usar un microscopio para analizarlo. Entre noviembre y diciembre de 1912, Slipher realizó varias observaciones tras las que llegó a una conclusión extraordinaria: la luz de Andrómeda estaba desplazada hacia el extremo azul del espectro y, según sus cálculos, ¡se estaba acercando a nosotros a 300 kilómetros por segundo! Era una velocidad enorme, diez veces superior a la media de las estrellas de nuestra galaxia. Tanto que el propio Slipher dudó del resultado.

Andrómeda en todo su esplendor | Fuente

Lowel animó a Slipher a que observara más nebulosas espirales. La siguiente fue la nebulosa del Sombrero (NGC 4594), en la constelación de Virgo. En este caso, Slipher obtuvo una velocidad todavía mayor, 1.000 km por segundo, pero en dirección contraria a nosotros. Con el paso de los meses empezó a acumular datos de otras nebulosas espirales. A mediados de 1914 se estaba empezando a manifestar una tendencia: la mayor parte de las nebulosas se alejaban de nosotros, no se acercaban. Andrómeda era una notable excepción. Había otra conclusión igual de sorprendente: las enormes velocidades de las nebulosas implicaban que estas no podían pertenecer a la Vía Láctea, ya que el campo gravitatorio de nuestra galaxia sería incapaz de retenerlas.

En la decimoséptima reunión de la American Astronomical Society celebrada del 25 al 28 de agosto de 1914 en la Universidad Northwestern, Slipher presentó los resultados obtenidos durante varios años de intenso trabajo, en los que había medido las velocidades de 15 nebulosas espirales. La velocidad media que había encontrado era de 400 kilómetros por segundo; solo tres de las nebulosas se aproximaban; el resto se alejaban. Las extraordinarias noticias de Slipher pusieron en pie a los asistentes, entre ellos figuras consagradas de la astrofísica como H. N. Russell, E. C. Pickering o George C. Comstock. Entre el público, un joven astrónomo quedó especialmente impresionado por aquellos resultados; se llamaba Edwin Hubble

Algunos de los asistentes a la 17ª reunión de la AAS | Fuente

Slipher siguió acumulando datos y, en 1917, tenía los espectros correspondientes a veinticinco nebulosas espirales. Sus datos revelaban que tres sistemas pequeños y Andrómeda (todos ellos objetos relativamente cercanos) se estaban acercando a la Vía Láctea, y 21 objetos más distantes se estaban alejando de ella. En 1921 añadió otras trece espirales a su lista de velocidades. Entre ellas estaba NGC 584, en la constelación de Cetus, que se alejaba a la increíble velocidad de 1.800 kilómetros por segundo, convirtiéndose en el objeto celeste más rápido descubierto hasta ese momento. Para entonces, Slipher ya estaba convencido de que las nebulosas espirales eran los universos-isla de Kant, situados más allá de la Vía Láctea; y esta no sería más que otra nebulosa espiral que nosotros vemos desde dentro.

Hoy sabemos que los datos obtenidos por Slipher suponían las primeras pruebas de la expansión del universo. Las nebulosas espirales -en realidad galaxias- no solo se alejan de nosotros, sino que se apartan unas de otras, debido a que el propio espacio se expande. En el caso particular de Andrómeda y las otras galaxias que se aproximan a nosotros, lo que ocurre es que se encuentran muy cerca de nuestra Vía Láctea y ahí predomina la fuerza de la gravedad, que las atrae.

Lo cierto es que en la década de 1910, el mundo no estaba preparado para el descubrimiento de Slipher. Albert Einstein acababa de publicar su relatividad general, y hasta 1919 no recibió un respaldo definitivo tras el famoso eclipse que verificó las predicciones de su teoría. Eso sí, algunos ya intuyeron la importancia de los datos recopilados por Slipher, aunque no supieron ver por qué. Sir Arthur Eddington incluyó estos resultados en su libro The Mathematical Theory of Relativity (1923), donde afirmaba que "uno de los problemas más sorprendentes de la cosmogonía es la gran velocidad de las nebulosas espirales".

Hubo que esperar a que Edwin Hubble combinara las velocidades de las nebulosas espirales con las distancias a cada una de ellas ("tus velocidades y mis distancias", como le diría Hubble a Slipher en una carta de 1953) para realizar uno de los grandes descubrimientos científicos del siglo XX: la expansión del universo. El propio Hubble reconoció el mérito de Slipher al afirmar que "los primeros pasos en un nuevo campo son los más difíciles y los más significativos. Una vez que se supera la barrera, el desarrollo posterior es relativamente sencillo".

Edwin Hubble, en 1931 | Fuente
BIBLIOGRAFÍA:
  1. Kragh, Helge. Historia de la cosmología. Crítica, 2008.
  2. Ostriker, Jeremiah P. y Mitton, Simon. El corazón de las tiniebas. Pasado & Presente, 2014.
  3. Sánchez Ron, José Manuel. El mundo después de la revolución. Pasado & Presente, 2014.
  4. Sing, Simon. Big Bang. Biblioteca Buridán, 2015.




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