¿Por qué el cielo está oscuro en la noche? 200 años de la historia de una pregunta que cambió nuestra comprensión del universo

Cuando amaneció sobre la ciudad alemana de Bremen el 7 de mayo de 1823, Enrique Olbers Finalizó un artículo que dejó su nombre en la historia. Tras la muerte de su mujer y su hija, el Dr. Olbers ha dejado recientemente su trabajo como oftalmólogo para dedicarse a sus pasiones nocturnas: las estrellas, la luna, los meteoritos y los cometas.

Como muchos de sus compañeros, Olbers se formó en astronomía. consiguió sólida reputación En el mundo académico pasaba largas noches mirando el cielo desde el observatorio del segundo piso de su casa.

Esa mañana, Olbers llegó a una extraña conclusión: según todo lo que se sabía sobre el universo en ese momento, el cielo no debería estar oscuro. De hecho, se suponía que todos los cielos brillaban tan intensamente como el sol.

Olbers era no es el primero para notar esta discrepancia. Pero es su nombre el que le adjuntamos hoy. El misterio de la oscuridad en el cielo nocturno se ha repetido a lo largo de los siglos, desde los Olber y el poeta Edgar Allan Poe hasta los astrónomos y las sondas espaciales del siglo XX.

La luz finita en un universo infinito

Como muchos de sus contemporáneos, Olbers hizo lo mismo. Isaac Newton y René Descartes En la creencia de que el universo era infinito.

Si el universo fuera finito y estacionario, entonces la fuerza de gravedad mantendría todas las estrellas juntas en un punto central. Pero si el universo se extendiera para siempre, las fuerzas gravitatorias se equilibrarían en promedio en todas las direcciones.

Pero Olbers se dio cuenta de que este modelo del universo no coincidía con las observaciones. En un universo infinito lleno de un número infinito de estrellas, dondequiera que miremos en la noche, nuestra mirada debe aterrizar en la superficie de una estrella, al igual que cada línea de visión en el bosque termina en un árbol.

Este es el problema que planteó Olbers en su país papel 7 de mayo de 1823: El modelo cosmológico del tiempo sugería que cada punto del cielo debería ser tan brillante como la superficie del sol. Que no haya noche.

Olbers propuso una solución: la luz de estrellas distantes sería absorbida por el polvo u otra materia que flota en el espacio. El astrónomo inglés John Herschel señaló más tarde que esto no podía ser cierto, porque cualquier cosa que absorbiera tanta luz eventualmente se calentaría lo suficiente como para brillar.

Cuando Olbers murió el 2 de marzo de 1840, a la edad de 81 años, el misterio que hoy conocemos como la paradoja de Olber seguía sin resolverse.

la intuición del poeta

Ocho años después, al otro lado del Atlántico, el poeta y escritor Edgar Allan Poe Él piensa que ha encontrado una respuesta.. El 3 de febrero de 1848, dio una conferencia pública sobre sus ideas a 60 personas en la Biblioteca de la Sociedad de Nueva York.

Entre la metafísica y la ciencia, Poe argumentó que el universo surgió de un solo estado de la materia («monoteísmo») que había sido dispersado y dispersado por la acción de una fuerza repulsiva.

Esto significa que el universo era una esfera finita de materia. Si el universo finito estuviera poblado por un número lo suficientemente pequeño de estrellas, no veríamos una en todas las direcciones en las que miramos. La noche podría volver a ser oscura.

Incluso si asumimos que el universo es infinito, si comenzó en algún momento del pasado, entonces El tiempo que tarda la luz en llegar a nosotros Limitará el tamaño del universo que podemos ver. Este tiempo de viaje crearía un horizonte más allá del cual las estrellas distantes permanecerían inaccesibles.

La audiencia de Poe en la Biblioteca de la Sociedad de Nueva York no le dio la recepción entusiasta que esperaba. Más tarde, en el mismo año, publicó sus teorías en The Prose Poem. eurekaque circuló bastante.

Al año siguiente, el 7 de octubre de 1849, Poe murió a la edad de cuarenta años. Pasó más de un siglo antes de que los científicos confirmaran su corazonada sobre el misterio del oscuro cielo nocturno.

Dos verdades y media

En la primera mitad del siglo XX, se desarrollaron muchas teorías nuevas sobre el universo, impulsadas por la teoría de la relatividad general de Einstein, que explicaba la gravedad, el espacio y el tiempo de formas nuevas. En la segunda mitad del siglo, estas teorías cosmológicas comenzaron a ser probadas con observaciones.

en 1963, astrónomo británico Peter Scheuer Argumentó que la cosmología se basaba solo en «dos hechos y medio»:

• Dato 1: el cielo nocturno es oscuro, lo que se sabe desde hace algún tiempo
• Hecho 2: galaxias alejarse el uno del otrocomo lo demuestran las observaciones del Hubble publicadas en 1929
• Hecho 2.5: Es posible que el contenido del universo evolucione con la evolución del tiempo cósmico.

Fuertes desacuerdos sobre la interpretación de los Hechos 2 y 2.5 entusiasmaron a la comunidad científica en las décadas de 1950 y 1960. ¿Era el universo esencialmente estático o comenzó con una explosión masiva, un big bang? Los partidarios de ambos lados admitieron, sin embargo, que necesitaban explicar la oscuridad del cielo nocturno.

La edad de las estrellas

cosmólogo británico Edward Harrison la resolución de conflictos en 1964 demostró que el factor principal que determina el brillo del cielo nocturno es, de hecho, la edad finita de las estrellas.

El número de estrellas en el universo visible es extra grande, pero es limitado. Este número finito, cada uno ardiendo por un tiempo finito, repartido en un tamaño inmenso, deja que la oscuridad se manifieste entre las estrellas.

Harrison más tarde comprendió Esta solución fue propuesta no solo por Edgar Allan Poe, sino también por el físico británico Lord Kelvin en 1901.

Las observaciones de la década de 1980 confirmaron la decisión propuesta por Poe, Kelvin y Harrison. Era la paradoja de Olber Finalmente fue sepultado.

luz fósil

O tal vez no del todo. Visto desde un ángulo diferente, hay otra solución a la paradoja: después de todo, el cielo nocturno en realidad no es tan oscuro.

Después de descubrir la expansión del universo a fines de la década de 1920, los científicos se dieron cuenta de que el universo podría haber comenzado siendo extremadamente compacto, denso y caliente. Este es el modelo «hot big bang» que tenemos hoy.

Una de las principales predicciones de este modelo es la presencia de «luz fósil» emitida en el amanecer cósmico. Esta luz fósil debería ser visible hoy, pero no a simple vista, porque el universo en expansión la habría convertido en longitudes de onda más largas.

Esta radiación, el fondo cósmico de microondas, fue Fue descubierto en 1964.. ahora medido en Precisión brillanteLa radiación cósmica de fondo es la luz más común en el universo.

Ahora sabemos que el universo también es luminoso. Una segunda luz de fondo es mucho más débil., producido por las galaxias a medida que se forman y evolucionan. Esta luz se denomina fondo cósmico ultravioleta, óptico e infrarrojo.

Por lo tanto, también podemos responder a la paradoja de Olber diciendo que el cielo no está oscuro, sino débilmente brillante con Radiación residual tenue De todo lo que fue durante la vida finita del universo.

Nuevas respuestas, nuevas preguntas.

En el año 2023, la paradoja de Olber se ha convertido en una rica área de investigación. En nuestro propio trabajo, hacemos mediciones más precisas del brillo del cielo nocturno y simulamos las estrellas del universo con supercomputadoras. Ahora podemos especificar Número de estrellas en el cielo con gran precisión.

Sin embargo, los misterios permanecen. El año pasado, la sonda espacial New Horizons, más allá de la órbita de Plutón y lejos del polvo del sistema solar interior, descubrió que el cielo el doble de brillo Como esperábamos que fuera.

Así, la cuestión de la oscuridad del cielo persiste, trascendiendo edades y culturas.