¿Por qué está oscuro de noche?

‘¡Qué pregunta más tonta!’ Uno podría pensar. El sol se ha puesto, eso es todo. Bueno, la respuesta suena realmente razonable, pero, como siempre ha ocurrido, ¿es todo lo que hay?

Las noches en la Tierra son naturalmente oscuras. Eso está bien. Podemos dormir o hacer otras cosas adecuadas para hacer en la oscuridad. El cielo oscuro también nos permite echar un buen vistazo al gran universo y preguntarnos cómo surgió todo. La respuesta a «¿Por qué es oscura la noche?» no es tan sencilla como «Porque el sol se ha puesto». Está relacionada con el origen del universo tal y como lo conocemos. No es simple, pero es hermoso.

La Paradoja

Si el universo fuera estático, infinitamente vasto, eterno y lleno de un número infinito de estrellas, el cielo debería estar siempre resplandeciente cuando todas las estrellas estuvieran brillando. Las luces de las estrellas viajarían en todas las direcciones y eventualmente tocarían cada rincón del universo. Cada punto de la superficie de cada planeta, incluyendo nuestra Tierra, estaría finalmente bañado por la luz de las estrellas todo el tiempo. La noche no debería ser entonces oscura. La palabra «noche» debería entonces significar algo totalmente distinto. Todo esto sería cierto si la realidad no fuera la que es y ha sido siempre: el cielo es oscuro por la noche. ¿Por qué? Un médico-astrónomo alemán se hizo esta pregunta antes, en 1823, y la cuestión se conoció con su nombre como la «Paradoja de Olbers».’

El modelo de universo estático también proponía que el universo es homogéneo. A una escala inmensa, el mismo número de estrellas llenaría un volumen igual del universo desde cualquier lugar. Imaginemos que, según este modelo, si cortáramos el universo en secciones o conchas, cada una de ellas de un año luz de grosor y separadas por una distancia de mil millones de años luz (astronómicamente lejana), habrá un número creciente de estrellas en las conchas más alejadas del observador.

La luz de las envolturas más lejanas sería naturalmente más tenue que la luz de la envoltura más cercana al observador, pero habría más estrellas en las envolturas más lejanas. Por lo tanto, el observador vería la misma cantidad de luz de la cáscara #2 que de la cáscara #1. Cada cáscara contribuiría a una unidad de luz, totalizando todo lo que podría ver el observador. Con un número infinito de conchas, todo sería cegadoramente brillante.

De hecho, las noches en la Tierra serían tan brillantes como los días sólo si la suposición de que el universo, siendo espacial y temporalmente infinito, y estático, fuera correcta. Según este modelo, no habría ni principio ni fin del universo.

El universo puede ser infinitamente vasto, pero no es infinitamente viejo. Hubo un punto en el tiempo en el que todo comenzó a existir. Esta noción acaba explicando la razón por la que la noche es oscura.

La luz viaja rápidamente a unos 1080 millones de kilómetros por hora. Nada en el universo puede ir más rápido que la luz. Pero la luz sigue tardando en atravesar grandes distancias. Una de las razones por las que el cielo es oscuro por la noche es que, desde el principio, algunas luces de estrellas lejanas no han llegado hasta nosotros, como razonó Edgar Allan Poe en su ensayo de 1848, Eureka.

Si la sucesión de estrellas fuera interminable, entonces el fondo del cielo nos presentaría una luminosidad uniforme, como la que muestra la Galaxia -ya que no podría haber absolutamente ningún punto, en todo ese fondo, en el que no existiera una estrella. El único modo, por lo tanto, en el que, bajo tal estado de cosas, podríamos comprender los vacíos que nuestros telescopios encuentran en innumerables direcciones, sería suponiendo la distancia del fondo invisible tan inmensa que ningún rayo de él ha sido capaz de alcanzarnos en absoluto. – Edgar Allan Poe, Eureka

La teoría del Big Bang y la expansión del universo

Hay cosas que el modelo de universo estático no puede explicar. Con las nuevas tecnologías, los científicos y astrónomos han encontrado cada vez más pruebas reveladoras de que el universo no es estático. Las observaciones han sugerido que el universo se está expandiendo. Y a un ritmo muy rápido. Algo debe haber causado esta expansión hace mucho tiempo. ¿Una gran explosión, quizás? La visión intuitiva de Poe del universo con una edad finita también apoyó esta especulación porque implica que tiene un comienzo. Entra la teoría del Big Bang.

La teoría del Big Bang dice que el universo era un lugar muy caliente en un momento dado. El lugar más caliente del universo (¡duh!) También era muy denso. Entonces ocurrió la explosión. Toda la materia de la «sopa cósmica primordial», formada poco después de la explosión, empezó a enfriarse. La materia se condensó entonces para formar partículas subatómicas, luego átomos -los bloques de construcción de las estrellas- y todo lo demás.

Cerca del principio, el universo era presumiblemente muy brillante pero opaco porque los electrones libres no permitían que la luz viajara tan lejos. Al enfriarse, el universo se hizo cada vez más transparente. Al mismo tiempo, el universo se expandió. Todo lo que había dentro empezó a alejarse. La expansión fue tan rápida que las luces de las estrellas y galaxias formadas anteriormente en el universo se estiran. Este fenómeno se denomina «corrimiento al rojo cosmológico». El término ‘corrimiento al rojo’ proviene del hecho de que cuando la longitud de onda de la luz se estira cuando el universo se expande y se enfría, el color de la luz se vuelve más rojo a medida que su longitud de onda se alarga y cae en la región infrarroja, lo que hace que su energía disminuya tras el enfriamiento del universo.

Cuando miramos las estrellas o las galaxias, estamos mirando su pasado. Esto se debe a que la luz tarda años en viajar desde esos objetos hasta nosotros. A partir del corrimiento al rojo cosmológico, los científicos también descubrieron que cuanto más lejos está una estrella o una galaxia de nosotros, más rápido se aleja. El objeto celeste observable más lejano sólo es visible en la región infrarroja del espectro electromagnético. Cuando el telescopio Hubble fotografió la imagen de campo profundo eXtremo (XDF), lo hizo con sensores infrarrojos para revelar estrellas y galaxias en los confines del universo hasta donde podemos observar con nuestra tecnología actual.

Otra prueba que apoya la teoría del Big Bang es la radiación cósmica de fondo descubierta inadvertidamente por los científicos en 1965, que es la radiación remanente en forma de microondas y ondas de radio que se extiende por todo el universo. Estas radiaciones se extienden mucho más que las luces de las estrellas y galaxias observables más lejanas. Sus longitudes de onda son más largas que las de las regiones infrarrojas. La radiación cósmica de fondo es, en otras palabras, la versión enfriada de la radiación emitida durante la época del Big Bang. Es la radiación observable más antigua. También podemos considerar esta radiación como la instantánea del universo en el momento en que se produjo el Big Bang, hace unos 14.000 millones de años.

La respuesta breve a «¿por qué está oscuro por la noche?»

El mensaje para llevar a casa es que nuestros cielos nocturnos son oscuros porque no podemos ver las luces de las estrellas y galaxias lejanas, ya que se alejan de nosotros tan rápido que sus luces se estiran y se convierten en luces infrarrojas. Tampoco todas las luces de todas las estrellas del universo llegarán a nosotros durante nuestra vida, simplemente porque están demasiado lejos. Pero, en realidad, todo el «universo observable» está iluminado al mismo tiempo por todo tipo de radiaciones invisibles a nuestros ojos y aún lleno de maravillas que esperan ser encontradas.