Por Troy Oakes
Mientras amanecía sobre la ciudad alemana de Bremen el 7 de mayo de 1823, Heinrich Olbers daba los últimos retoques a un artículo que dejaría su nombre en la historia. Tras la muerte de su esposa y su hija, el Dr. Olbers había ya abandonado 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. Se ganó una sólida reputación en el mundo académico y pasaba largas noches observando el cielo desde el observatorio del segundo piso de su casa.
Aquella mañana, Olbers había llegado a una extraña conclusión: Basándose en todo lo que se sabía sobre el Universo en aquella época, el cielo nocturno no debería haber estado oscuro. De hecho, todo el cielo debería resplandecer tanto como el Sol.
Olbers no fue el primero en señalar esta paradoja. Pero es su nombre al que hoy lo atribuimos. El enigma de la oscuridad del cielo nocturno ha resonado a lo largo de los siglos, desde Olbers hasta el poeta Edgar Allan Poe, pasando por los astrónomos del siglo XX y las sondas espaciales actuales.
La luz finita en un Universo infinito
Como muchos de sus contemporáneos, Olbers seguía a Isaac Newton y René Descartes en la creencia de que el Universo era infinito.
Si el Universo fuera finito y estático, la fuerza de la gravedad debería atraer a todas las estrellas hacia un punto central. Pero si el Universo se extendiera eternamente, las fuerzas gravitatorias se equilibrarían en promedio en todas las direcciones.
Pero Olbers se dio cuenta de que este modelo del cosmos era incoherente con las observaciones. En un Universo ilimitado lleno de un número infinito de estrellas, miremos donde miremos por la noche, nuestra mirada debería posarse en la superficie de una estrella, del mismo modo que toda línea de visión en un bosque termina en un árbol.
Este es el problema que Olbers planteó en su artículo del 7 de mayo de 1823: El modelo cosmológico de la época sugería que cada punto del cielo debía ser tan brillante como la superficie del Sol. No debería haber noche.
Olbers propuso una solución: La luz de las estrellas más lejanas era absorbida por el polvo u otros materiales que flotaban en el espacio. El astrónomo inglés John Herschel señaló más tarde que esto no podía ser cierto, porque cualquier cosa que absorbiera tanta luz acabaría calentándose lo suficiente como para brillar.
Cuando Olbers murió el 2 de marzo de 1840, a la edad de 81 años, el enigma que hoy conocemos como la paradoja de Olbers estaba sin resolver.
Intuición de poeta
Ocho años más tarde, al otro lado del océano Atlántico, el poeta y escritor Edgar Allan Poe creía haber encontrado una respuesta. El 3 de febrero de 1848, dio una conferencia pública sobre sus ideas ante 60 personas en la New York Society Library.
En el cambiante mundo de la metafísica y la ciencia, Poe sostenía que el cosmos había surgido de un único estado de la materia («Unidad») que se fragmentó y dispersó bajo la acción de una fuerza repulsiva
Esto significaba que el Universo era una esfera finita de materia. Si el Universo finito está poblado por un número suficientemente pequeño de estrellas, entonces no veremos una en cada dirección en la que miremos. La noche puede volver a ser oscura.
Aunque supongamos que el Universo es infinito, si comenzó en algún momento del pasado, el tiempo que tarda la luz en llegar hasta nosotros limitaría el tamaño de la parte del Universo que podemos ver. Este tiempo de viaje crearía un horizonte más allá del cual las estrellas lejanas permanecerían inaccesibles.
La audiencia de Poe en la New York Society Library no le brindó la entusiasta acogida que esperaba. Más tarde, ese mismo año, publicó sus teorías en el poema en prosa Eureka, que tuvo poca difusión.
Al año siguiente, el 7 de octubre de 1849, Poe murió a la edad de 40 años. Pasaría más de un siglo antes de que los científicos confirmaran sus intuiciones sobre el enigma del cielo nocturno oscuro.
Dos hechos y medio
En la primera mitad del siglo XX se desarrollaron muchas teorías nuevas sobre el cosmos, 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 empezaron a ponerse a prueba con observaciones.
En 1963, el astrónomo británico Peter Scheuer sostenía que la cosmología se basaba sólo en «dos hechos y medio»:
- Hecho 1: El cielo nocturno es oscuro, lo que se sabía desde hace tiempo
- Hecho 2: Las galaxias se alejan unas de otras, como demuestran las observaciones de Hubble publicadas en 1929
- Medio hecho: el contenido del Universo evoluciona probablemente a medida que se desarrolla el tiempo cósmico.
Fuertes controversias sobre la interpretación de los hechos 2 y 2.5 agitaron a la comunidad científica en las décadas de 1950 y 1960. ¿Era el Universo esencialmente estacionario o había comenzado en una enorme explosión – un Big Bang? Sin embargo, los partidarios de ambos bandos admitieron que necesitaban explicar la oscuridad del cielo nocturno.
La vida de las estrellas
El cosmólogo británico Edward Harrison resolvió el conflicto en 1964. Demostró que el principal factor que determina el brillo del cielo nocturno es, en realidad, la edad finita de las estrellas.
El número de estrellas en el Universo observable es extremadamente grande, pero es finito. Este número limitado, cada una ardiendo durante un tiempo limitado, repartidas en un volumen gigantesco, deja que la oscuridad se manifieste entre las estrellas.
Harrison se dio cuenta más tarde de que esta solución ya había sido propuesta no sólo por Edgar Allan Poe, sino por el físico británico Lord Kelvin en 1901.
Las observaciones realizadas en la década de 1980 confirmaron la solución propuesta por Poe, Kelvin y Harrison. La paradoja de Olber había quedado definitivamente resuelta.
La luz fósil
O quizá no del todo. Visto desde otro ángulo, la paradoja tiene otra solución: el cielo nocturno no es tan oscuro después de todo.
Tras el descubrimiento de la expansión del Universo a finales 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 de «Big Bang caliente» que tenemos hoy en día.
Una predicción central de este modelo es la existencia de «luz fósil» liberada en el amanecer cósmico. Esta luz fósil debería ser observable hoy en día, pero no a simple vista, ya que el Universo en expansión la habría desplazado a longitudes de onda más largas.
Esta radiación -el fondo cósmico de microondas- se detectó en 1964. Medida ahora con exquisita precisión, la radiación cósmica de fondo es la luz más común del Universo.
Ahora sabemos que el cosmos también está iluminado por una segunda luz de fondo, mucho más tenue, producida por las galaxias a medida que se forman y evolucionan. Esta luz se conoce como fondo cósmico ultravioleta, óptico e infrarrojo.
Así que también podemos responder a la paradoja de Olber diciendo que el cielo no es oscuro, sino que brilla débilmente con la tenue radiación reliquia de todo lo que ha sido durante la vida finita del Universo.
Nuevas respuestas, nuevas preguntas
En 2023, la paradoja de Olber se ha convertido en un rico campo de investigación. En nuestro propio trabajo, realizamos mediciones cada vez más precisas del brillo del cielo nocturno y simulamos las estrellas del cosmos con superordenadores. Ahora podemos determinar el número de estrellas en el cielo con gran precisión.
Sin embargo, sigue habiendo enigmas. 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 es el doble de brillante de lo que esperábamos.
Y así, la cuestión de la oscuridad del cielo sigue viva, atravesando épocas y culturas.
Jonathan Biteau, Profesor Titular de Física de Astropartículas, Université Paris-Saclay; Alberto Domínguez, Investigador en Astrofísica, Universidad Complutense de Madrid; David Valls-Gabaud, Astrofísico, Director de Investigación en el CNRS, Observatoire de Paris; Hervé Dole, Astrofísico, Profesor, Vicepresidente, Arte, Cultura, Ciencia y Sociedad, Université Paris-Saclay; José Fonseca, Investigador Adjunto, Universidade do Porto; Juan Garcia-Bellido, Catedrático de Física Teórica, Universidad Autónoma de Madrid, y Simon Driver, ARC Laureate Fellow y Winthrop Research Professor en el International Centre for Radio Astronomy Research, UWA. , Universidad de Australia Occidental
Este artículo ha sido republicado de The Conversation bajo una licencia Creative Commons.
