Israel Sánchez
Cd. de México (18 junio 2023).- En una pausa forzada a causa del Covid-19, la mera curiosidad del joven astrofísico mexicano José Eduardo Méndez Delgado lo llevaría a concebir la solución a un enigma cósmico de más de 80 años.
Se trata, en específico, de la histórica dificultad para determinar cuál es la abundancia correcta de los elementos químicos en las nebulosas. Lo cual capturó la atención del investigador durante su cuarentena a inicios de diciembre pasado.
La misión del Telescopio Espacial James Webb
«Me puse a pensar sobre este problema, simplemente porque estaba en mi casa y me dieron ganas de ver qué sucedía con él», comparte Méndez Delgado (Morelia, 1994) en entrevista remota desde Alemania, donde realiza una estancia de investigación postdoctoral en la Universidad de Heidelberg.
«El problemón», apunta el físico por la UNAM y maestro y doctor en astrofísica por la Universidad de La Laguna, en Tenerife, España, «es que, desgraciadamente, dos indicadores de la composición química del Universo estaban dando resultados discrepantes. Entonces, no sabíamos exactamente cuál era el bueno, si es que había uno bueno».
Con Méndez Delgado al frente como investigador principal, un equipo internacional de científicos plantea la respuesta a tal discrepancia a través de un artículo publicado en la revista Nature el pasado 17 de mayo.
La incógnita
Estudiar la composición química del Universo es un aspecto clave para comprender su historia.
Mientras que en las primeras etapas del cosmos toda la materia existente consistía en hidrógeno y helio -los elementos más ligeros-, junto con pequeñas cantidades de litio, más adelante los procesos de vida y muerte de las estrellas dieron origen al resto de los elementos químicos.
«La manera en la que nosotros vemos cómo ha evolucionado el Universo, cómo ha cambiado, es a través de la determinación de los elementos pesados, como el oxígeno. Porque si hay oxígeno quiere decir que hubo estrellas antes que vivieron y que murieron; cuanto más oxígeno, habrá más generaciones de estrellas que ya se formaron y que ya murieron.
«Gracias a esto, nosotros podemos ir haciendo un esquema de cómo ha ido evolucionando cada galaxia en particular y, en general, todo el Universo a lo largo del tiempo cósmico», refrenda el moreliano.
Para llevar esto a cabo, tradicionalmente los científicos han puesto la mirada en las nebulosas de formación estelar, llamadas «regiones H II», que son nubes gaseosas de cientos o miles de masas solares donde la materia se acumula y en las que se forman estrellas masivas que le dan carga eléctrica -ionizan- a ese entorno gaseoso.
La luz de estas nebulosas, observable a grandes distancias, es lo que permite trazar su composición química, en tanto cada elemento emite luz en longitudes de onda muy precisas. Es decir, cada uno se percibe en tonalidades distintas.
Sin embargo, el problema al calcular esta abundancia química surge por los dos indicadores discrepantes. Por un lado, las brillantes líneas excitadas colisionalmente -o líneas de emisión-; y, por el otro, las líneas de recombinación, que son 10 mil veces más débiles.
Pese a que ambos tipos de radiación se originan en el mismo gas a través de procesos físicos distintos, desde la década de los 40 del siglo pasado se sabe que las líneas de emisión proporcionaban aproximadamente la mitad de la abundancia que las de recombinación. Pero, al ser más brillantes, fueron la constante más utilizada en los modelos astronómicos.
«Ahora lo que estamos encontrando es que gran parte de nuestro conocimiento está basado en un indicador que subestima la abundancia real de los elementos pesados», resalta Méndez Delgado, poniendo como ejemplo que el Universo tendría entre dos a cuatro veces más cantidad de oxígeno y carbono.
«Y eso cambia, podría cambiar las ideas que tenemos de cómo ha evolucionado el Universo».
La solución
Siendo México un país con una marcada tradición en el estudio de las nebulosas -con figuras como el astrónomo Guillermo Haro-, no es fortuito que la respuesta a este acertijo de ocho décadas proviniera de aquí.
En particular, ya en 1967 el astrónomo Manuel Peimbert había propuesto que si la temperatura de las regiones H II no era homogénea, el método que usa las líneas más brillantes subestimaría las abundancias químicas reales.
Mas, como dice Méndez Delgado, faltaba una pieza para completar el rompecabezas.
«Entonces, revisé si alguien ya había explorado la idea de que las variaciones de temperatura estuvieran reflejadas solamente en la zona interna (de las regiones H II). Vi que no, y entonces me puse a ver qué predicciones tendría esto, y busqué en la literatura observaciones.
«Me metí a ver archivos de los telescopios, y entonces cuando las predicciones de las ecuaciones eran seguidas por las observaciones, ya fue cuando dije: ‘Aquí hay algo interesante'», relata el astrofísico. «Le llamé a varios colegas para que me dijeran su punto de vista, y ya nos encontramos con la sorpresa (de que todo encajaba); y estuvimos trabajando de diciembre para acá en este artículo».
La falta de homogeneidad de la temperatura causa la discrepancia de abundancia en las regiones H II es el título en español de la publicación de Méndez Delgado y sus colegas -el propio Peimbert uno de ellos-, para la que estudiaron 2 mil 900 líneas de emisión de 190 espectros de un conjunto de nebulosas. Observaciones de gran precisión obtenidas tanto con el Gran Telescopio Canarias (GTC) como desde los observatorios W. M. Keck y el Europeo del Sur (ESO).
«Fue modificar un poco la idea original que había propuesto Peimbert, refinarla, y entonces después comprobarla con observaciones. Y, ahora sí, las cosas funcionan muy bien», celebra Méndez Delgado, quien refiere que hasta el momento ha habido una respuesta muy positiva por parte de la comunidad internacional.
«Este es un artículo que cambia la noción general que se tenía sobre la abundancia química (en el Universo) en el mundo académico», agrega. «Es, creo yo, un cambio de paradigma. El encontrarte con un resultado así es emocionante; te das cuenta que hay muchas cosas por entender todavía».
¿Cuáles serán algunas de las implicaciones de tal resultado?
Esto nos va a llevar, sin duda, a que vamos a volver a pensar en cómo ha sido la evolución y la formación de las estrellas en distintas galaxias. Tendremos que plantearnos cómo ha sido la historia de formación estelar en muchos casos. Y también es posible que cambien algunas ideas que teníamos sobre la formación y la evolución de los sistemas galácticos.
Por lo pronto, prosigue el joven astrofísico, uno de los resultados interesantes del artículo es que los datos observacionales sugieren que las variaciones de temperatura suelen ser más fuertes en los sistemas menos evolucionados del Universo. Justo las regiones que está descubriendo el Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés).
«La abundancia de elementos pesados ya era relativamente alta en muchas galaxias muy, muy a los inicios del Universo. Pues ahora con estos resultados es posible que esas abundancias sean aún más altas.
«Quiere decir que el Universo es muy eficiente formando elementos pesados», subraya el científico moreliano.
La plantilla
Si bien fue José Eduardo Méndez Delgado quien, en aquel impasse por el Covid-19, descifró la clave para resolver la discrepancia, es enfático en cuanto a que esto ha sido una jugada de equipo.
Tanto por las observaciones hechas a lo largo de 20 años por César Esteban y Jorge García Rojas, investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), como por el análisis de su colega en Heidelberg Kathryn Kreckel, experta en evolución de galaxias.
Y, por supuesto, gracias a Manuel Peimbert, investigador emérito del Instituto de Astronomía de la UNAM, quien fuera su tutor de tesis de licenciatura y con quien corrió dos días después de Navidad a contarle la potencial solución que había encontrado.
«Entonces, digamos que tuvimos la fortuna de que nosotros fuimos los que metimos el gol, pero ya hubo muchas jugadas antes», ilustra el astrofísico moreliano, cambiando la bata de laboratorio por una casaca.
Sólo hacía falta quién la rematara
Sí, y desde luego hay que saber patearla para poder meter el gol. Pero primero hay que hacer toda la jugada, y eso fue parte de un equipo internacional y de mucha gente que no solamente dedicaron años sino carreras enteras a estos temas.
‘No hay que dejar atrás a la astronomía, la física’
El astrofísico José Eduardo Méndez Delgado se encuentra en Heidelberg, Alemania, trabajando en un consorcio internacional enfocado en el estudio de la Vía Láctea.
Un proyecto de investigación financiado por el Gobierno alemán por el cual concursó el moreliano, quien ya durante su licenciatura y doctorado pudo acceder a financiamiento del Estado mexicano por parte del hoy Conahcyt.
Las nuevas generaciones del País interesadas en seguir una ruta similar, en cambio, podrían no recibir ese mismo apoyo. No por falta de calidad y méritos, sino por la posibilidad de que esto no resulte prioritario o estratégico para el desarrollo nacional, a la luz de la nueva Ley General en materia de Humanidades, Ciencias, Tecnologías e Innovación (HCTI).
«Creo que, sin duda, y esto es en todos los países, es necesario tener algunos temas de prioridad. Pero sí que me parece muy importante no dejar atrás temas como la astronomía, como la física, como las matemáticas», sostiene Méndez Delgado, enterado de la controversia a pesar de la distancia geográfica.
«Porque, más allá del resultado inmediato, creo que esto construye un pensamiento racional que es muy importante para el País, un pensamiento que da muchos frutos», añade. «Y la ciencia básica en algún momento da también resultados muy importantes».
Entre lo que más ha alertado al gremio de investigadores, del que algunos miembros salieron a protestar hace unas semanas, está la incertidumbre sobre cómo será la construcción de la llamada Agenda Nacional; si se les tomará en cuenta para ello o si al final será una decisión meramente gubernamental.
«Es difícil saber cuáles son las áreas más prioritarias para el País; yo sin duda creo que la astronomía es importante, pero eso lo deberá de sopesar la comunidad entera, la comunidad académica. Creo que tiene que tener una voz en estas decisiones», exhorta Méndez Delgado.
