Rastreo del cielo en busca de lo desconocido

El radiotelescopio de Arecibo, construido en una hondonada entre montañas de Puerto Rico, es el mayor observatorio fijo de este tipo en el mundo. De su nuevo detector Alfa, que se acaba de estrenar, y de las ventanas al cielo que con él se abren, habla en este artículo Daniel Altschuler, científico del observatorio de Arecibo y ex director del mismo.

Seguramente tiene algún amigo que recientemente le ha mostrado su nueva cámara digital, un modelo mejor que el anterior ya que tiene una capacidad de cinco megapíxeles en vez de cuatro. Es una maravilla de la tecnología, resultado del desarrollo de los CCD (Charge Coupled Device), una memoria electrónica sensible a la luz, inventada en 1969 por Willard Boyle y George Smith en los laboratorios Bell.

En el Observatorio de Arecibo,en la verde isla de Puerto Rico, después de varios años de diseño y fabricación, se acaba de instalar en el plano focal del radiotelescopio más grande del mundo lo que equivale a una cámara digital con una capacidad de siete. No, no siete megapíxeles, siete a secas. No parece gran cosa comparado con las cámaras digitales, pero hasta ahora el instrumento tenía la capacidad de un solitario píxel, es decir, que era sensible a un punto del cielo solamente. Para hacer un mapa de una región pequeña del cielo era necesario apuntar a cientos de puntos adyacentes para obtener la información, y si se deseaba rastrear de forma completa una región amplia del cielo se hubieran necesitado años.

Con este nuevo instrumento, llamado ALFA (Arecibo L-band Feed Array) y construido en Australia por Ingenieros del ATNF (Australia Telescope National Facility), ahora es posible observar siete puntos adyacentes del cielo de forma simultánea lo cual es una mejora significativa. Se hace así hace factible escudriñar grandes áreas del cielo en un tiempo razonable.

Algunos de los descubrimientos más importantes de la astronomía han ocurrido al azar, es decir al observar el cielo con algún instrumento y detectar algo que era inesperado y desconocido. Así fue el descubrimiento de los púlsares por Anthony Hewish y su estudiante Jocelyn Bell en 1967. Estos objetos muy densos, estrellas de neutrones formadas en una explosión supernova, tienen una masa de una vez y media la del Sol y un diámetro de unos 30 kilómetros. Una cucharadita de este material pesaría 10 millones de toneladas. Emiten dos haces de radiación electromagnética en frecuencias de radio, que, debido a la rápida rotación del púlsar (como si fuera un faro cósmico) generan en un radiotelescopio que los observe pulsos periódicos de muy alta regularidad. En realidad los púlsares no pulsan. Hewish recibió el premio Nobel de Física del año 1974.

En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron con un pequeño radiotelescopio la radiación de fondo de microondas, uno de los pilares experimentales de la cosmología moderna. Otra vez fue la fortuna la que les ayudó, ya que el descubrimiento se produjo como consecuencia de su cuidadosa calibración de la antena que preparaban para realizar estudios astronómicos. Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física del año 1978 por este descubrimiento.

Con el radiotelescopio de Arecibo, operado por la Universidad de Cornell para la NSF (National Science Foundation) de Estados Unidos, también se han descubierto cosas interesantes rastreando el cielo en busca de lo desconocido. Así en 1974, un profesor de la Universidad de Massachussets y su estudiante propusieron realizar un trabajo de muchas horas de observación en una región del cielo en búsqueda de nuevos púlsares. Tuvieron suerte. Encontraron el primer pulsar binario, denominado PSR 1913+16 por sus coordenadas en el cielo, con un periodo de 59 milisegundos. El púlsar se encuentra acompañado de otro objeto, en este caso otra estrella de neutrones. Los dos objetos se encuentran separados por una distancia pocas veces mayor que la de la Tierra a la Luna. El período orbital es de solamente 7,75 horas y las velocidades son del orden de 100 kilómetros por segundo. El sistema constituye un laboratorio cósmico para estudiar efectos gravitatorios.

La órbita de este sistema binario se encoge lentamente (tres milímetros por órbita) al perder energía por la emisión de radiación gravitatoria. Esto concuerda con una predicción de la teoría gravitatoria (relatividad general) de Einstein que, de esta manera, se confirmó con gran exactitud. Es la única prueba experimental de la emisión de ondas gravitatorias. En 1993 se otorgó el premio Nobel de Física a Joseph Taylor y Russel Hulse por este trabajo. Más recientemente, en 1991, durante un período de reparaciones del telescopio, un rastreo en búsqueda de púlsares realizado por Alex Wolszczan y Dale Frail también tuvo éxito, al descubrir el púlsar PSR B1257+12, el primer sistema planetario extrasolar.

ALFA opera en la banda de frecuencias de 1.225 a 1.525 megahercios, la cual incluye la famosa línea de 21 centímetros (1.420 megahercios), la radiación producida por átomos de hidrógeno. El 24 de abril pasado ALFA detectó los primeros fotones y luego de un período de calibración comenzarán los diversos estudios que se han propuesto.

Varios grupos de investigación se han formado para trabajar con ALFA y escudriñar el cielo en los próximos años. Unos se dedicarán a estudiar nuestra galaxia, la Vía Láctea, completando un mapa con una resolución y sensibilidad sin precedentes. Otro grupo estudiará el cielo extragaláctico en busca de regiones oscuras que contengan hidrógeno y de nuevas galaxias que se esconden detrás del plano de la Vía Láctea. Los expertos en púlsares buscarán nuevos púlsares por todo el cielo.

Ahora se conocen algo más de mil púlsares, y se espera que con ALFA se descubran otros mil. No sorprendería entonces encontrar unos cuantos objetos muy interesantes y si existe, encontrar un púlsar orbitando un agujero negro y estudiar así con gran detalle las propiedades del más exótico de todos los objetos astrofísicos.

Daniel R. Altschuler pertenece al Observatorio de Arecibo, del que fue director durante 12 años, y es autor de Hijos de las estrellas (editorial Akal).