El Gran Telescopio Milimétrico

Hace unos días, apareció en el diario gratuito 20 Minutos, una noticia sobre la inaguración del Gran Telescopio Milimétrico, situado en el volcán Sierra Negra, México. Como es habitual en estos casos, la noticia contiene algunos errores relacionados con el artefacto en cuestión.

Uno de ellos podría ser comprensible teniendo en cuenta el nombre del aparato, pero creo que es interesante comentarlo. Y es que el GTM, pese a su nombre, no es un telescopio, sino un radiotelescopio. ¿Y eso que es? Bueno, su nombre es bastante descriptivo. Un radiotelescopio es un aparato funcionalmente similar a un telescopio, solo que en vez de captar la luz de cuerpos celestes, capta emisiones de radio de dichos cuerpos. ¿Emisiones de radio? Sí. Los objetos celestes emiten ondas electromagnéticas de muy diversas frecuencias. La luz visible es una de ellas, pero si nos limitamos a esa estrecha franja, nos perderemos muchas cosas interesantes. Así, existen cuerpos, como púlsares y quásares que emiten una cantidad importante de radiación electromagnética en forma de ondas de radio. En algunos casos, estas ondas de radio son las únicas que nos llegan, por lo que estos objetos son indetectables por un telescopio óptico.

Funcionalmente son similares, pero estructuralmente son muy diferentes. Un telescopio está formado por un largo tubo y un conjunto de lentes o espejos (concretamente, un telescopio refractor está formado por lentes, y uno reflector por espejos). Un radiotelescopio, en cambio, es un gran antena parabólica. Su funcionamiento es similar el de un telescopio óptico reflector, pero utilizando ondas de radio en vez de luz: las ondas electromagnéticas procedentes del cielo son reflejadas en un gran disco cóncavo (un espejo en el caso de un telescopio reflector), concentrándose en una pequeña región donde son recogidas por un receptor (otro espejo, en el caso de un telescopio reflector, que dirige la luz al ocular).

Parece claro que en su aspecto exterior, un telescopio y un radiotelescopio no se parecen en nada. Cierto que el nombre puede causar confusión, y uno podría preguntarse el porqué de dicha elección. Puede que utilizar la palabra radiotelescopio les pareciese redundante a los partícipes del proyecto, teniendo en cuenta que en el nombre aparece la palabra “milimétrico”. Ah, vale ¿y? Bueno, el GTM está diseñado para captar ondas de radio con longitudes de onda de entre 1 y 4 mm (entre 75 y 300 GHz de frecuencia). Este rango cae dentro de la banda denominada EHF (del inglés, Extremely High Frequency) o frecuencia extremadamente alta, que comprende las frecuencias desde 30 a 300 GHz. Las longitudes de onda correspondientes van de 1 a 10 mm, por lo que también es llamada banda milimétrica. ¡Vaya! todo va cuadrando. Esta porción del espectro está justo por debajo del infrarrojo lejano, dentro del rango de las microondas. Por tanto, el calificativo “milimétrico”, ya nos inica que no se trata de un telescopio óptico, sino un radiotelescopio.

Hay otro error que es menos perdonable. En la noticia se afirma que la antena del telescopio es la más grande del mundo, con 50 metros de diámetro. Bueno, el disco de la antena del GTM no es ni mucho menos el mayor del mundo. Supongo que a todos os sonará el radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico. Es un enorme disco de 305 metros de diámetro, con una gran estructura sobre él (donde está el receptor de ondas de radio), que ha salido en varias películas. Esta sí es la mayor antena del mundo, si nos limitamos a discos únicos (es decir, no contaría el famoso VLA estadounidense, que también ha salido en varias películas, ni el RATAN-600 ruso). ¿De dónde se han sacado esa información? os preguntaréis. Bueno, pues resulta, que con sus 50 m de diámetro, la antena del GTM es la mayor de las dedicadas a la banda milimétrica. Se ve que ese importante matiz se perdió en algún sitio de la redacción.

Otro importante error (y en la misma frase que el anterior), se refiere a las observaciones que se realizarán con el GTM. El texto dice detectará señales electromagnéticas en el espacio emitidas a 13.400 millones de años luz, cuando se formaron las primeras estrellas. Veamos, el GTM se utilizará para observar una gran variadad de objetos y fenómenos, como planetas y planetesimales de nuestro propio sistema solar, discos protoplanetarios alrededor de otras estrellas, estrellas en formación, y más cosas que podréis comprobar en la web oficial del proyecto. Una de estas posibles observaciones es la de la radiación de fondo de microondas, que sí que tiene una relación directa con el inicio del universo. Sobre este punto, suele haber bastantes errores de concepto en medios no especializados.

¿Qué es eso de la radiación de fondo de microondas? Intentaré explicarlo de forma sencilla. Supongo que todos sabéis que, dado que la velocidad de la luz no es infinita, cuando observamos un objeto, en realidad estamos viendo cómo era ese objeto en el pasado. Así, cuando miramos la luna, en realidad estamos viendo cómo era la luna hace poco más de 1 segundo, y al observar el Sol (con las debidas precauciones), lo que vemos es cómo era hace algo más de 8 minutos. Bueno, eso no es una gran diferencia, pensaréis. Pero vayamos más lejos. Próxima centauri está a 4,22 años luz, por lo que cuando la miramos, vemos como era hace más de cuatro años. Si observamos la galaxia de Andrómeda, estamos viendo cómo era hace más de 2 millones de años. El quásar más cercano conocido está a unos 780 millones de años luz, y el más lejano a 13.000 millones de años luz. Cuando vemos este último, en realidad estamos viendo cómo era antes de la formación de nuestro sistema solar. Como véis, observar el espacio profundo es como viajar en el tiempo. Cuanto más lejanos sean los objetos, más antiguos son.

Bien, según la teoría del Big Bang, poco tiempo después del origen del universo (menos de una hora después), materia y radiación estaban intimamente mezcladas. El universo era una mezcla caótica de fotones, electrones, protones y neutrones de muy alta energía, que interactuaban entre sí. Esta “sopa” de partículas se fue enfriando, hasta que unos 300.000 años después del Big Bang, los electrones empezaron a ser “capturados” por protones (o parejas protón-neutrón), formando los primeros átomos de hidrógeno. Los fotones quedaros “libres” para “campar a sus anchas”, y materia y radiación se separaron. Gran parte de estos fotones siguen viajando inalterados, y es lo que se llama radiación de fondo de microondas. Esta radiación lleva unos 13.400 millones de años viajando, por lo que podemos pensar que la que captamos ahora, se originó a una distancia de 13.400 millones de años luz de nosotros. Sin embargo, la realidad es algo más complicada, debido a la la expansión del universo. Digamos que aunque es cierto que esa radiación viajó una distancia 13.400 millones de años luz, durante todo ese tiempo, el universo se ha “agrandado”, y esa región del espacio se ha alejado de nosotros, de forma que ya no está a 13.400 millones de años luz, sino más lejos.

Así que hace 13.400 millones de años se inició lo que conocemos como radiación de fondo de microondas. Pero las primeras estrellas son mucho más jóvenes viejas. Esos átomos de hidrógeno primigenios estuvieron “sueltos” durante bastante tiempo. Un millón de años despiés del origen del universo, la gravedad fue acercando estos átomos, formando “grumos”, que se comprimían por su propia gravedad, aumentando su temperatura, de forma que unos 100 millones de años después del Big Bang, las primeras estrellas del universo comenzaron a brillar.

Como véis, la formación de las primeras estrellas es muy posterior (casi 100 millones de años) al origen de la radiación de fondo, y esta es también bastante posterior (300.000 años) al Big Bang. Por otro lado, el captar la radiación de fondo no implica que estamos “viendo” algo que se encuentre a 13.400 millones años luz. Para terminar, os remito a una entrada de otro blog, donde comentan también otros errores aparecidos en otros medios, con respecto al GTM.