Estudiar el universo desde un laboratorio

Cuando se habla de astronomía o astrofísica, rápidamente nos vienen a la mente grandes instalaciones o instrumentos de grandes proporciones: observatorios, telescopios, satélites... Pero tanto en astrofísica como en el resto de la ciencia existen distintos procedimientos que se usan a la hora de llevar a cabo una investigación. Algunos de estos pueden ser: la observación directa mediante telescopios terrestres o espaciales (astrofísica observacional); el desarrollo de teorías sobre la formación y la evolución de estructuras estelares, galácticas o cosmológicas (astrofísica teórica); las simulaciones por ordenador de procesos y objetos (astrofísica computacional); y, por último, la que se quiere presentar en este artículo: el trabajo desde el laboratorio (astrofísica experimental).

Las escalas de tiempo con las que desarrollan los fenómenos astrofísicos son extremadamente más largas que las de cualquier experimento

Puede parecer extraña la existencia de experimentación en astrofísica pero ésta es determinante en muchas otras investigaciones debido a su gran potencial. Aunque no se puede reproducir una estrella, una galaxia o un agujero negro en un laboratorio, sí que es posible realizar distintos trabajos que complementan el trabajo observacional y teórico. Así algunos de los aspectos que se pueden llevar a cabo en el laboratorio podrían ser:

-Simular situaciones en las que es imposible obtener medidas de manera directa, como la dispersión de la radiación solar por partículas cometarias, o los distintos procesos fisicoquímicos que tienen lugar en los llamados hielos de interés astrofísico del medio interestelar o de las superficies heladas de satélites y planetas para generar y/o mejorar las teorías sobre su formación y evolución.

-Comparar los datos observacionales con los del laboratorio para contrastar resultados y entender los procesos físicos que se están produciendo en la línea de observación en la que se han obtenido.

-Ayudar en la preparación de misiones espaciales, sobre todo, a la hora de diseñar los instrumentos que se envían, con el objetivo de aumentar su tiempo de vida y sus prestaciones, pudiendo optimizar de esta manera, los recursos económicos disponibles para un mejor aprovechamiento de los mismos por parte de la comunidad científica.

Simular muestras

Una tarea habitual en el trabajo de la astrofísica experimental que se puede llevar a cabo en el laboratorio es el de simular diferentes tipos de muestras: gases, líquidos y/o sólidos. El objetivo de un experimento es producir resultados relevantes y aplicables a contextos astrofísicos. Se habla entonces de "análogo". Lógicamente no se pretende reproducir con exactitud un determinado escenario astrofísico (actualmente es imposible) sino comprender los procesos que se dan en ellos. Por ejemplo, ningún laboratorio en el mundo puede reproducir las condiciones de presión en las nubes moleculares del medio interestelar, y, por lo tanto, para que los experimentos puedan aplicarse a este escenario, el efecto de la presión en el resultado final del experimento debe ser despreciable.

Por lo tanto, un objetivo del estudio experimental en astrofísica es caracterizar el "análogo" astrofísico, es decir, evidenciar sus propiedades intrínsecas y estudiar su posible dependencia de diferentes parámetros: temperatura, composición, etc. Lógicamente, como se ha dicho anteriormente, no es posible reproducir en el laboratorio exactamente las condiciones reales del análogo en cuanto a su composición, presión, temperatura, densidad... Estos límites son inevitables y se derivan del hecho de que se desconocen con exactitud la mayoría de parámetros reales que intervienen. Además, hay que tener en cuenta otra limitación importante: que las escalas de tiempo con las que desarrollan los fenómenos astrofísicos son extremadamente más largas que las de cualquier experimento, por lo que la extrapolación de los resultados de laboratorio al análisis astrofísico está limitada a todos aquellos efectos que no dependan de la velocidad del proceso que los ha determinado.

España no ha perdido este tren científico

A pesar de todas estas limitaciones, los resultados experimentales son cruciales si logran reproducir los efectos de un determinado proceso en el espacio, para conocer sus características físicas. Debido a este gran potencial no es de extrañar que en los últimos años se hayan desarrollado laboratorios de astrofísica en todo el mundo. Afortunadamente, nuestro país, no ha perdido este tren científico y tecnológico. De hecho, existen distintos grupos trabajando en diferentes áreas de interés de esta rama de la astrofísica en laboratorios localizados a lo largo de toda la geografía española. La labor, en muchas ocasiones nada sencilla, de estos científicos están contribuyendo eficazmente al desarrollo en nuestro país de esta especialidad, con lo que la comunidad astronómica española (como potencia mundial en este campo) está también a la vanguardia de la astrofísica experimental.

José Cantó Doménech pertenece al Laboratorio de Astrofísica Experimental de Alcoy (Departamento de Física Aplicada - Escuela Politécnica Superior de Alcoy - Universidad Politécnica de Valencia)