Descripción de la imagen: Las estrellas tienen una edad finita y, por lo tanto, una duración de vida. Su fuente de luz es demasiado efímera para saturar el espacio con su radiación. Crédito: imagen de Stellarium
"La noche solo es noche para nosotros. Son nuestros ojos los que están oscuros." Esta cita de René Barjavel (1911-1985) en la novela de ciencia ficción "La noche de los tiempos" podría ser la respuesta a la pregunta: ¿Por qué es negra la noche?
Cada uno de nosotros podría simplemente admitir que la causa de la noche negra se resume en la ausencia del Sol por encima del horizonte, pero esta no es una buena respuesta.
De hecho, la noche es negra y antes del siglo XX, se asumía que el universo era estático, infinito y poblado de estrellas. Durante varios siglos, ¡estas dos ideas seguirían siendo paradójicas!
Evidentemente, la noche siempre ha sido negra. Pero si el universo fuera infinito en el espacio y en el tiempo, sin importar la dirección en la que miráramos, nuestra línea de visión debería cruzarse con una estrella, incluso una muy lejana. El cielo debería aparecer, por lo tanto, tan brillante como el Sol en todas partes. Sin embargo, constatamos que la noche es esencialmente negra.
Esta afirmación, conocida como la paradoja de Olbers, fue estudiada en 1826 por Heinrich Olbers (1758-1840). Sin embargo, la cuestión había sido planteada desde 1576 por Thomas Digges (1546-1595) en una publicación donde distribuía las estrellas al azar por toda la esfera celeste. Esta visión del cielo lo llevó a preguntarse, "¿por qué esta infinitud de estrellas no hace que el cielo nocturno sea brillante?". Su respuesta fue que la mayoría de ellas estaban demasiado lejos para ser visibles, pero esta no es una buena respuesta.
En 1610, en su carta de apoyo a Galileo "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 han planteado esta pregunta, la resolución de esta paradoja permaneció sin solución durante tres siglos.
Edmond Halley (1656-1742) y Jean-Philippe Loys de Chéseaux (1718-1751) proporcionaron una respuesta matemática a esta pregunta. De Chéseaux, en 1744, inspirado por el trabajo de Halley, imaginó el cielo como una serie de capas esféricas concéntricas de grosor constante centradas en el observador. Así, el número de estrellas en cada capa es proporcional a su superficie, por lo tanto, al cuadrado de su radio. En otras palabras, a una distancia 2d hay 4 veces más estrellas, a una distancia 4d hay 16 veces más estrellas, etc.
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 disminuye como el inverso del cuadrado de la distancia ƒ(e)=L/4πr² (L=luminosidad).
Así, si el universo es infinito, tenemos una infinitud de capas con la misma luminosidad y el observador recibe la misma cantidad de energía luminosa de cada capa. La luminosidad total debería ser infinita.
Ahora sabemos que esta afirmación es incorrecta porque las estrellas tienen una vida finita.
Así, la luz de las estrellas podría ser bloqueada por el polvo y el gas interestelares. Esta explicación tampoco es correcta porque el medio se calentarían poco a poco al absorber la luz y se volvería tan brillante como la superficie de una estrella. Esto no resuelve la paradoja de Olbers.
De hecho, en 1848 Edgar Allan Poe (1809-1849) presentó intuitivamente esta hipótesis en su ensayo sobre el universo material y espiritual titulado "Eureka".
Efectivamente, la velocidad de la luz siendo finita (como se sabía en esa época), toma un tiempo determinado para llegar a nosotros. Pero esta hipótesis no es correcta en un universo infinito y eterno. Si el universo es eterno, sin importar cuánto tarde la luz en llegar hasta nosotros, debería deslumbrarnos ya.
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 impedía la visibilidad de las estrellas distantes.
Para resolver esta simple paradoja de la noche negra, fue necesario revisar completamente nuestra concepción del universo.
Detrás de la historia de la paradoja de Olbers se escondía una realidad cósmica inquietante de la que surgieron varios conceptos a finales del siglo XX.
- El universo no ha existido siempre; tiene una historia y una edad finita de 13.77 mil millones de años.
- La velocidad de la luz (300,000 km/s) es finita, y por lo tanto, el universo tiene un tamaño finito. En 13.77 mil millones de años, los fotones han recorrido 13.77 mil millones de años-luz.
- Las estrellas tienen una edad finita y, por lo tanto, una duración de vida finita. Su fuente de luz es demasiado efímera para saturar el espacio con su radiación.
- El universo está en expansión acelerada. El cielo se está volviendo cada vez más oscuro ya que la luz de las galaxias distantes está cada vez más desplazada hacia el rojo (efecto Doppler). Las galaxias más distantes, perdiendo cada vez más su brillo, son extremadamente difíciles de observar.
Es necesario reunir todas estas hipótesis para resolver la paradoja de la noche negra.
"La noche solo es noche para nosotros. Son nuestros ojos los que están oscuros."
En observación infrarroja, las galaxias distantes revelan resplandores gigantescos que iluminan el polvo interestelar. Para cada punto del cielo, nuestra línea de visión cruza el flujo infrarrojo de una galaxia.
Pero el brillo más original se encuentra en las microondas. Esta radiación fósil enfriada es observada en todas las direcciones del cielo.
Descripción de la imagen: Este mapa completo del CMB (Fondo Cósmico de Microondas) muestra las fluctuaciones de temperatura del Universo primitivo cuando se volvió transparente ~380,000 años después del Big Bang. La diferencia de temperatura máxima entre las zonas frías azules y las zonas calientes rojas es de aproximadamente 0.0001 °C. Crédito: Montaje de imágenes tomadas por Planck (satélite de la ESA) durante 9 años.
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