ELEMENTO 1

Hidrógeno

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~10min

El cielo de noche, a simple vista, parece infinitamente simple: un montón de puntitos hipnóticamente luminosos contra un fondo oscuro. Pero al mirar en detalle, aparecen movimientos, colores, intensidades, brillos. Y todo esto solamente con nuestros ojos, primer instrumento de observación que nos acercó al infinito desde el inicio de nuestra especie.

Como una Espada del Augurio, el avance de la tecnología y la construcción de telescopios con distintas características ópticas nos permitió ver “más allá de lo evidente” y descubrir la complejidad del universo que se oculta en todo eso que los ojos no perciben.

En este camino de descubrimientos, una de las claves para conocer el medio interestelar y trazar la estructura de las galaxias resultó ser nada más y nada menos que el elemento más simple de toda la tabla periódica: el hidrógeno. Con un protón y un electrón, en sus distintas versiones isotópicas (donde lo que cambia es el número de neutrones), el hidrógeno resulta ser el elemento más abundante de todo el universo.

La mayor parte de este hidrógeno se encuentra concentrado en nubes de gas llamadas “regiones HI”. Estas se caracterizan por sus bajas temperaturas y densidades, condiciones en las cuales habría que esperar cerca de 11 millones de años para que un átomo de hidrógeno emitiera (muy parecido a desprendiera) una partícula, un fotón. Esto se conoce como “transición hiperfina del hidrógeno”. Sin embargo, tanta es la cantidad de hidrógeno que hay y tan grande es el medio que este tipo de emisiones se dan con suficiente frecuencia como para poder observarlas. Y son tan hermosas que Carl Sagan recomendó poner un esquema que las representara en la sonda espacial Pioneer 10. Porque si lo podemos ver, que se entere todo el universo.

La primera vez que las vimos, o por lo menos de la que hay registro, fue en 1951. Las observaron Edward Purcell (físico ganador del Premio Nobel de Física por sus investigaciones sobre la medición del campo magnético en el núcleo atómico) y su alumno Harold Ewen (cuya tesis de doctorado fue nada más y nada menos que la presentación del descubrimiento de esta línea tan particular). 

Hasta ese momento, el astrónomo holandés Jan Oort había realizado diversos estudios sobre la rotación y la estructura de la galaxia por medio de observaciones en el pedacito del espectro electromagnético que conocemos como “óptico”, es decir, aquel rango de longitudes de onda que podemos detectar con el ojo y con telescopios que usan lentes o espejos. El principal problema con el que se encontró fue que la luz visible en este rango es bloqueada por las nubes de polvo que forman parte del medio interestelar, particularmente a lo largo y ancho del plano galáctico. 

Sin embargo, hay otro rango de longitudes de onda que pueden atravesar esas nubes: las ondas de radio. Y dentro de estas, la que corresponde a la longitud de onda de 21 cm resultó de gran importancia porque permitió medir la velocidad del gas por efecto Doppler según cómo era la emisión asociada a la línea, y con esto estudiar la rotación de las nubes de gas en la Vía Láctea (que resulta que no es homogénea, es decir, no se mueven todas a la misma velocidad, sino que lo hacen de forma diferencial dependiendo de las distancias al centro galáctico).

Así que gracias al descubrimiento de Purcell-Ewen, Oort finalmente pudo “mapear” las nubes de gas en la Vía Láctea y, después de analizar cómo se distribuyen, propuso que esta tendría una estructura en espiral.

Desde la década de 1960 y hasta hoy en día, el uso de las mediciones dentro de las regiones HI (regiones de concentración de hidrógeno neutro) de la línea de 21 cm fue una clave para mapear la distribución de las nubes de hidrógeno neutrales en nuestra galaxia, pero también en otras más lejanas; incluso nos permitió observar y entender interacciones entre galaxias.

Este tipo de emisión, capaz de atravesar el gas y el polvo, nos permitió correr la cortina para ver qué hay más allá de estas estructuras que antes, cuando las observábamos, tapaban todo lo que tenían “detrás”. Así que podemos decir que fue primero el hidrógeno, simple y pequeño, el que nos abrió un poquito más los ojos al universo.

Un montón de historias sobre los elementos que forman nuestro Universo.

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