32 Radioastronomía

Las radioondas abren una nueva ventana al universo violento. Producidas por supernovas y chorros que emanan de los agujeros negros, las radioondas identifican las partículas de movimiento rápido en campos magnéticos fuertes. Sus ejemplos más extremos son las radiogalaxias, en las que los chorros gemelos de material emiten lóbulos, con aspecto parecido a una burbuja, mucho más lejos que las estrellas de las galaxias. La distribución de las radiogalaxias también respalda el modelo del Big Bang.

La radiación del fondo cósmico de microondas no es el único descubrimiento astronómico que se produjo al intentar explicar la estática en los receptores de radio (véase la p. 64). En la década de los años treinta del siglo XX, un ingeniero que trabajaba para los Bell Telephone Laboratories, llamado Karl Jansky, descubrió una señal que aparecía cada 24 horas, mientras investigaba el ruido que perturbaba las transmisiones transatlánticas de onda corta. Al principio, sospechó que podría ser el Sol, ya que otros científicos, como Nikola Tesla y Max Planck, habían predicho que nuestra estrella debía emitir ondas electromagnéticas a lo ancho del espectro. Escuchando durante más tiempo, descubrió que no provenía de esa dirección. Su frecuencia era también ligeramente inferior a 24 horas, y, como encajaba con la rotación diaria del cielo, vista desde la Tierra giratoria, concluyó que tenía un origen celeste. En 1933, Jansky averiguó que la estática provenía de la Vía Láctea, sobre todo de la constelación de Sagitario, que alberga el centro de nuestra galaxia. El hecho de que no proviniera del Sol indicaba que no debía surgir de las estrellas sino del gas y el polvo interestelar. Jansky no siguió estudiando astronomía. No obstante, se lo recuerda como el padre de la radioastronomía, y se bautizó con el nombre de Jansky (Jy) a una unidad de luminosidad (densidad de flujo).

Otro pionero fue Grote Reber, un entusiasta radioaficionado de Chicago, Illinois, que construyó el primer radiotelescopio en su patio trasero en 1937. Construyó un plato parabólico reflectante de más de 10 metros de diámetro, y aseguró un detector de señales de radio en su centro, a la altura de unos 7 metros. El receptor de radio amplificó las radioondas cósmicas millones de veces. Estas señales electrónicas se derivaban entonces a un plóter que registraba los datos en un gráfico.

Radiotelescopios Aunque los radiotelescopios pueden operar durante el día (no les afecta la luz del Sol), Reber realizó sus observaciones de noche para evitar la contaminación producida por las chispas de los motores de automóviles. Durante los años cuarenta del siglo XX, midió el cielo en radioondas. Trazando un mapa de curvas de nivel con su brillo, consiguió esbozar la forma de la Vía Láctea, con las emisiones más brillantes provenientes del centro de la galaxia. También detectó otras diversas fuentes brillante de ondas de radio, incluyendo las de las constelaciones de Cygnus y Casiopea. En 1942, el oficial investigador del ejército británico, J. S. Hey detectó ondas de radio del Sol. Aunque la ciencia de la radioastronomía despegó después de la Segunda Guerra Mundial, la mayor parte de la tecnología surgió cuando los países iniciaron una competición para construir sistemas de radar. El Radar —abreviatura de RAdio Detection And Ranging— también llevó a la construcción de muchos instrumentos electrónicos que hicieron posible buena parte de la tecnología que usamos hoy.

Catálogos A principios de la década de los cincuenta del siglo XX, los físicos del Reino Unido y Australia elaboraron catálogos del cielo de radioondas usando una técnica llamada radionterferometría. Mientras que el telescopio de Reber tenía un solo plato y detector, como un espejo en un telescopio óptico reflectante, los interferómetros de radio usan muchos detectores repartidos en una extensión más amplia. Ese despliegue equivale a usar un espejo grande; pero combinando las señales de muchos detectores, los astrónomos pueden conocer regiones del cielo con mayor precisión de la que permitiría un solo plato grande. Ese sistema es ideal para hacer catálogos. Usando un interferómetro de radio en Cambridge, los físicos británicos Antony Hewish y Martin Ryle empezaron a catalogar las radiofuentes brillantes en el cielo septentrional, trabajando a una frecuencia de 159 MHz.

Después de dos anteriores, publicaron en 1959 su Tercer Catálogo de Cambridge, o 3C para abreviar, que se consideró el primero de alta calidad. Las versiones anteriores fueron enfrentamientos con astrónomos en Australia que estaban realizando catálogos del cielo meridional al mismo tiempo. Entre 1954 y 1957, Bernard Mills, Eric Hill y Bruce Slee, con el telescopio Mills Cross de Nueva Gales del Sur, registraron y publicaron listas de más de 2.000 radiofuentes. Para cuando el 3C se publicó, los investigadores habían resuelto sus diferencias y estudiaban el cielo desde ambos hemisferios.

A continuación se planteó la cuestión de la naturaleza de las fuentes de radio y empezaron a buscarse espectros ópticos. Sin embargo, como apenas se conocían las posiciones de las fuentes de radio, fue difícil identificar las estrellas o galaxias de que procedían. No obstante, el secreto acabó desvelándose. Además del centro de la Vía Láctea, algunas de las fuentes más brillantes son objetos poco usuales de nuestra galaxia. Por ejemplo, Casiopea A y la nebulosa del Cangrejo son vestigios de una supernova, cáscaras de gas apagadas creadas por la explosión catastrófica de una estrella moribunda. Además, en el centro de la última hay un púlsar.

Radiogalaxias Otras fuentes son más extremas. La fuente brillante de Cygnus, conocida como Cygnus A, es una galaxia lejana. Reber la descubrió en 1939, y más tarde, en 1953, se demostró que no tenía una sola fuente, sino dos. Esa doble fuente es característica de muchas galaxias radioemisoras. En ambos lados de la galaxia hay dos «lóbulos» difusos, vastas burbujas infladas por haces finos de partículas energéticas que emanan del centro de la galaxia. La simetría de los lóbulos (suelen ser equidistantes y de similar tamaño y forma) sugiere que las impulsa un solo motor. Al parecer, ese motor es un agujero negro que merodea en el centro de la radiogalaxia. Cuando ese material es absorbido por el agujero negro, queda reducido a sus partículas elementales, que los chorros impulsan a velocidades cercanas a la de la luz. Las ondas de radio se producen porque las partículas interactúan con fuertes campos magnéticos y producen «la radiación de sincrotón». La mayoría de las ondas de radio del espacio surgen de interacciones entre partículas y campos magnéticos (en el gas difuso caliente que rodea nuestra propia galaxia y los cúmulos galácticos, o en chorros o cerca de objetos compactos donde los campos magnéticos se intensifican, como los agujeros negros). El centro de nuestra Vía Láctea alberga también un agujero negro.

Ryle frente a Hoyle El número de radiofuentes del universo resultó crucial para la teoría del Big Bang. Ryle, un científico de la Universidad de Cambridge algo polémico y especializado en radioastronomía, mantuvo un famoso enfrentamiento con Fred Hoyle, un carismático astrónomo del Instituto de Astronomía, que estudiaba el proceso de nucleosíntesis, es decir, la formación de elementos en las estrellas y en el Big Bang. En los días anteriores al descubrimiento del fondo cósmico de microondas, el modelo del Big Bang no se aceptaba, de hecho el propio Hoyle acuñó la expresión de «Big Bang» para ridiculizarlo. Él se decantaba por un modelo «estacionario» del universo, y argumentaba que no tenía un principio y que siempre había existido. Por tanto, esperaba que las galaxias estuvieran esparcidas por el espacio al azar, extendiéndose hasta el infinito. No obstante, Ryle había descubierto pruebas de que las fuentes de radio moderadamente brillantes eran mayores de las que se habrían esperado en una distribución aleatoria. Así, argumentó que el universo debía ser finito y que el modelo del Big Bang era cierto. Ryle demostró estar en lo cierto cuando tuvo lugar el descubrimiento del fondo cósmico de microondas, aunque los dos grandes astrónomos siguieron enfrentados. Hasta ahora, los dos grupos de investigación siguen trabajando de forma independiente por su historial de hostilidades.

La idea en síntesis: paisaje de radio