Una regla es suficiente para medir objetos cotidianos. Sin embargo, cuando algo es demasiado pequeño, necesitamos equipos especiales, como microscopios electrónicos y una nueva escala de medición, para calcular la longitud de una célula o un virus, por ejemplo. Pero, ¿y si el objeto a medir es inmensamente grande?
Y ojo: grande aquí es algo mucho más grande que Taipei 101, tercer edificio mas alto del mundo. Estamos hablando de algo tan grande que es difícil de concebir incluso en la imaginación. Hablamos del tamaño y las distancias de nuestro universo. «Nuestro» porque puede haber más de uno.
Desafortunadamente, no tenemos una regla capaz de medir algo que está a años luz, es decir, tan lejos que, si viajáramos a la velocidad de la luz, tardaría años en llegar a nuestro objeto de estudio. Por lo tanto, los científicos superan esta dificultad utilizando conceptos físicos y matemáticos bien establecidos.
Parallax: ¿a qué distancia están las estrellas?
Como se explica en el video anterior, el paralaje es una de las formas en que alguien usa para medir la distancia de una estrella aquí desde la Tierra. Para comprender mejor el concepto detrás de este método, hay un ejemplo muy didáctico, presentado en la película realizada por el Observatorio Real de Greenwitch.
Cuando viajas en auto, puedes ver que los árboles y cualquier cosa cercana a la carretera te adelanta rápidamente, pero lo que está más lejos, como una montaña lejana en la línea del horizonte, apenas se mueve. Esto sucede por un efecto conocido como paralaje, y afortunadamente podemos usarlo para estimar distancias.
Con un poco de trigonometría es posible estimar la distancia de los objetos (Fuente de la imagen: Lectura/Vimeo)
Imagina entonces que quisieras saber a qué distancia está un árbol de tu coche. Primero, debes tomar una foto del árbol, con la montaña al fondo. Luego, moviéndose a lo largo del camino, capture otra imagen similar del mismo árbol y montaña, pero desde una posición diferente.
Entonces, usando las matemáticas, más precisamente la trigonometría, es posible calcular la diferencia en la posición aparente del árbol en las dos imágenes y, en base a esto, encontrar la distancia entre el fotógrafo y el árbol.
La misma técnica se puede usar para calcular la distancia que nos separa de las estrellas más cercanas, excepto que en lugar de caminar por una carretera para obtener la segunda imagen, usamos el movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Así, seis meses después, al observar la misma estrella, es posible ver que se estaba «moviendo» en relación a las estrellas más lejanas.
Velas estándar: distancia calculada por luminosidad
Las velas estándar pueden ayudar a calcular la distancia a estrellas más distantes (Fuente de la imagen: Lectura/Vimeo)
Pero como decíamos antes, hay estrellas que, estando tan alejadas, no tienen posiciones aparentes diferentes. En este caso, el paralaje no ayuda. Pero afortunadamente existe otra forma de estimar esta distancia y, para que quede todo más claro, pasemos a otro ejemplo didáctico.
Imagina que estás en un parque y ves una farola. Bueno, a medida que te alejas, la luz comienza a atenuarse y, a medida que te acercas, se vuelve más brillante. Curiosamente, al conocer el brillo de la lámpara, digamos 40 W, es posible estimar la distancia entre el proyector y el observador.
Sin embargo, hay lámparas que pueden parecer muy brillantes cuando están lejos y menos brillantes cuando están más cerca. Estos objetos cuya luminosidad se conoce se denominan “velas estándar” y solo ellas pueden usarse para estimar distancias.
Hay muchos cuerpos en el universo que se pueden usar como velas estándar. Un ejemplo son las estrellas Cefeidas, supergigantes amarillas que aumentan y disminuyen durante un período regular de tiempo. En base a esta luminosidad, es posible calcular la distancia de la Tierra a ellos e incluso de la galaxia en la que se encuentran.
Corrimiento al rojo: midiendo el fin del universo
El efecto Doppler se puede ver en las sirenas del departamento de bomberos (Fuente de la imagen: Lectura/Vimeo)
Aunque práctico, el método estándar de las velas japonesas también tiene limitaciones. Es posible, por ejemplo, que el objeto cuya distancia se quiere medir esté bloqueado por otra estrella y que sea imposible observar su luminosidad. Además, es posible que aún no haya velas estándar para medir en la galaxia. En tales casos, se puede emplear un tercer método.
El efecto Doppler debe haberse vuelto muy popular cuando fue el motivo del disfraz de Sheldon en un episodio de la primera temporada de The Big Bang Theory. Para quien no lo sepa, este es el efecto responsable de la distorsión que se produce con el sonido de las sirenas de policía y de bomberos al adelantar a alguien.
Esto sucede porque los picos de la onda sonora que emite el vehículo están más cerca de la parte delantera que de la parte trasera del coche y esto influye directamente en la frecuencia de la sirena: cuando el vehículo se acerca, el sonido es más fuerte y a medida que te alejas. se vuelve más grave.
Lo curioso es que este efecto también alcanza a los objetos luminosos en movimiento, con la diferencia de que las ondas más cortas, en lugar de ser agudas, se vuelven azules, mientras que las más largas, en lugar de ser bajas, se vuelven rojas. A partir de este desplazamiento azul o rojo, es posible estudiar el movimiento de los cuerpos celestes en el espacio.
Cuanto más rojo, más lejos
Algo similar al efecto Doppler ocurre con la luz (Fuente de la imagen: Lectura/Vimeo)
Entonces, al examinar las galaxias que tienen velas estándar, los astrónomos han descubierto que también tienen un corrimiento al rojo, y cuanto más lejos está una galaxia, mayor es el corrimiento al rojo.
Hoy sabemos que esto está sucediendo porque nuestro universo se está expandiendo, es decir, por mucho que parezcan inmóviles, estas galaxias se están alejando cada vez más de nosotros. Pero esa no es la única razón por la que estamos notando este corrimiento hacia el rojo.
Lo cierto es que el espacio entre estas galaxias y nuestro planeta se está alargando, al igual que las ondas de luz que nos llegan. En consecuencia, basta analizar la intensidad de este desplazamiento hacia el rojo para calcular la distancia que nos separa de la estrella.
Curiosamente, todos estos métodos de medición están relacionados. Solo porque conocemos el tamaño de nuestro sistema solar y la distancia de la Tierra al Sol podemos, por ejemplo, medir la distancia de las estrellas a través del paralaje.
Y si conocemos la distancia de las velas estándar a través del paralaje, podemos usarlas para medir estrellas aún más distantes comparando esas velas. Y finalmente, al usar velas estándar para estudiar el movimiento de las galaxias, se puede calcular una medida basada en el corrimiento al rojo. Interesante, ¿verdad?
La fuente: Observatorio Real de Greenwich/Vimeo