Imagen: El cielo en luz visible. Las estrellas tienen una edad finita y, por lo tanto, una vida útil. Su fuente de luz es demasiado efímera para que puedan saturar el espacio con su resplandor. Crédito: imagen de Stellarium
¿Existe la paradoja de Olbers?
"La noche es sólo noche para nosotros. Son nuestros ojos los que están oscuros". Esta cita de René Barjavel (1911-1985) en la novela de ciencia ficción "La Nuit des temps" podría ser la respuesta a la pregunta: ¿Por qué la noche es negra?
Cada uno de nosotros podría simplemente estar de acuerdo en que la causa de la noche oscura se debe a la ausencia del Sol sobre el horizonte, pero esa no es una buena respuesta.
Efectivamente, la noche es negra y antes del siglo XX se supone que el universo es estático, infinito y poblado de estrellas. ¡Durante varios siglos estas dos ideas seguirán siendo paradójicas!
Obviamente, la noche siempre ha sido oscura. Pero si el universo fuera infinito en espacio y tiempo, sin importar en qué dirección miráramos, nuestra línea de visión tendría que cruzarse incluso con una estrella muy distante. Por lo tanto, el cielo debería aparecernos en todas partes tan brillante como el Sol. ¡Pero vemos que la noche es esencialmente negra!
Esta afirmación llamada paradoja de Olbers fue estudiada en 1826 por Heinrich Olbers (1758-1840). Sin embargo, la pregunta se la hacía desde 1576 Thomas Digges (1546-1595) en una publicación donde distribuía las estrellas aleatoriamente por toda la esfera celeste. Esta visión del cielo lo llevó a hacerse la pregunta "¿por qué esta infinidad de estrellas no hacía que el cielo nocturno brillara?". Su respuesta fue que la mayoría de ellos estaban demasiado lejos para ser vistos, pero esa no es una buena respuesta.
En 1610, en su carta de apoyo a Gallileo "Dissertatio cum Nuncio Sidereo" (Conversación con el mensajero celestial), Johannes Kepler (1571-1630) parece descartar la noción de un Universo infinito.
Aunque muchos astrónomos se hicieron esta pregunta, la resolución de esta paradoja permaneció sin resolver durante los siguientes tres siglos.
¿Por qué una infinidad de estrellas debe hacer brillar el cielo nocturno?
Edmond Halley (1656-1742) y Jean-Philippe Loys de Chéseaux (1718-1751) darán una respuesta matemática a esta pregunta. De Chéseaux en 1744, inspirado en el trabajo de Edmund Halley, imagina el cielo como una serie de capas esféricas concéntricas de espesor constante centradas en el observador. Así, el número de estrellas en cada capa es proporcional a su superficie, por tanto, al cuadrado de su radio. En otras palabras, a la distancia 2d hay 4 veces más estrellas, a la distancia 4d hay 16 veces más estrellas, y así sucesivamente.
Sin embargo, la intensidad luminosa de una estrella es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia. En otras palabras, si a una distancia d, una estrella tiene cierta luminosidad, a una distancia 2d, es 4 veces menos luminosa. El flujo de una estrella decrece como el inverso del cuadrado de la distancia ƒ(e)=L/4πr2 (L=luminosidad).
Así, si el universo es infinito tenemos una infinidad de capas que tienen la misma luminosidad y el observador recibe tanta energía luminosa de cada capa. El brillo total debe ser infinito.
Sabemos hoy que esta afirmación es incorrecta porque las estrellas tienen una vida útil finita.
¿Por qué no considerar simplemente que el entorno cósmico no es transparente en todas partes?
Por lo tanto, la luz de las estrellas podría quedar bloqueada por el polvo y el gas interestelar. Esta explicación tampoco es correcta porque el medio se calentaría poco a poco al absorber la luz y se volvería tan luminoso como la superficie de una estrella. Esto no resuelve la paradoja de Olbers.
¿Por qué no considerar que la luz de estrellas lejanas no ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros?
Precisamente en 1848 Edgar Allan Poe (1809-1849) presentó intuitivamente esta hipótesis en su ensayo sobre el universo material y espiritual titulado "Eureka".
De hecho, la velocidad de la luz es finita (lo sabemos en ese momento) y tarda un tiempo en llegar hasta nosotros. Pero esta suposición no es correcta en un Universo infinito y eterno. Si el Universo es eterno cualquiera que sea el tiempo que tarde la luz en llegarnos, ya debería deslumbrarnos.
En 1901, William Thomson conocido como Lord Kelvin (1824-1907) demostró que en un universo transparente, uniforme y estático, uniformemente lleno de estrellas, la edad finita de las estrellas prohibía la visibilidad de estrellas distantes.
Para resolver esta simple paradoja de la noche oscura, tuvimos que revisar por completo nuestra concepción del Universo.
Detrás del relato de la paradoja de Olbers se escondía una inquietante realidad cósmica de la que surgirán varios conceptos a finales del siglo XX.
- El Universo no ha existido siempre, tiene una historia y tiene una edad finita de 13,770 millones de años.
- La velocidad de la luz (300 000 km/s) es finita y por tanto el Universo tiene un tamaño finito. En 13,77 mil millones de años, los fotones viajaron 13,77 mil millones de años luz.
- Las estrellas tienen una edad finita y por lo tanto un tiempo de vida. Su fuente de luz es demasiado efímera para que puedan saturar el espacio con su resplandor.
- El Universo está en expansión acelerada. El cielo es cada vez más oscuro porque la luz procedente de galaxias lejanas se desplaza cada vez más hacia el rojo (efecto Doppler). Las galaxias más distantes que pierden cada vez más su brillo son extremadamente difíciles de observar.
Es necesario reunir todas estas hipótesis para resolver la paradoja de la noche oscura.
Conclusión
"La noche es sólo noche para nosotros. Son nuestros ojos los que están oscuros".
En la observación infrarroja, las galaxias distantes revelan gigantescos resplandores que incendian el polvo interestelar. Para cada punto del cielo, nuestra vista cruza el flujo infrarrojo de una galaxia.
Pero la claridad más original está en las microondas. Esta radiación fósil enfriada se observa en todas las direcciones del cielo.