Los secretos del Universo a través de granos de polvo

  • El polvo constituye un elemento más bien escaso en el Universo, que sin embargo puebla escenarios muy diversos y afecta a nuestro modo de observar y conocer

Hoy tenemos como protagonista un elemento que tiene mala fama en nuestros hogares pero que resulta esencial en términos astronómicos, el polvo. Hablamos, no obstante, de tipos de polvo diferentes: el polvo de nuestras casas es generado en gran medida por nosotros mismos (células de la piel, fibras textiles, pelos, etc), mientras que el polvo al que se refieren los astrónomos se compone de pequeñas partículas sólidas formadas por silicatos o distintos tipos de carbón, y cuya importancia resulta evidente ya que esas partículas son las que componen los planetas rocosos, como la Tierra, y lo que hay ellos, nosotros incluidos.

Se trata de un elemento importante y, además, muy escaso. En artículos anteriores ya hemos hablado de la composición del Universo, formado en su mayoría por energía y materia oscuras (un 75% y 21% respectivamente), ambas aún desconocidas, y con tan sólo un 4% de materia ordinaria, que es la que forma las estrellas, los planetas y todo lo que nos rodea. Y también hemos comentado que ese 4% se compone, precisamente, de lo que en la Tierra no podemos ver, de gas. En el Sistema Solar, por ejemplo, las proporciones de polvo son bajísimas. Sólo el Sol, compuesto de gas, contiene el 99,98% de todo el material del sistema, y Júpiter, también gaseoso, contiene más materia que el resto de planetas juntos (de hecho, si pensamos en el típico diagrama en forma de queso con las proporciones de gas y polvo del Sistema Solar, la cantidad de polvo apenas daría para una loncha delgadita).

Polvo interestelar

De modo que el polvo constituye un elemento escaso, que sin embargo afecta a nuestro modo de observar y conocer el universo: por ejemplo, en el medio interestelar, la proporción de polvo apenas alcanza el 1%, pero sus efectos en las regiones más densas, como en las nebulosas oscuras, pueden llegar a ser dramáticos.

Las partículas de polvo afectan a la luz de las estrellas de dos formas, conocidas como extinción y enrojecimiento interestelar. La primera consiste en la atenuación de la luz en todas las longitudes de onda, un fenómeno similar a lo que nos ocurre al conducir con niebla: las gotitas de agua de que se compone la niebla bloquean la luz y hacen que todo aparezca más tenue y, como tendemos a relacionar la falta de nitidez con el distanciamiento, podemos creer que una luz tenue muy próxima se encuentra muy lejos. Del mismo modo, las estrellas parecen menos luminosas a causa de la falta de transparencia absoluta del medio (por ejemplo, en el rango visible, de cada 100.000 millones de fotones emitidos por una estrella en el centro de la Vía Láctea, sólo uno consigue llegar hasta nosotros), un efecto que los astrónomos deben corregir para evitar errores a la hora de asignar distancias.

El segundo efecto del polvo interestelar, el enrojecimiento, proviene de la relación entre la longitud de onda de la luz y el tamaño de las partículas de polvo y se manifiesta en una mayor dispersión de los fotones azules, o de menor longitud de onda. Así, la radiación que emite un objeto lejano irá perdiendo por el camino una mayor proporción de fotones azules y, como consecuencia, parecerá más rojo de lo que en realidad es. Se trata del mismo efecto que provoca los atardeceres rojizos: cuando el Sol se halla cerca del horizonte, su luz ha de atravesar más aire (y por lo tanto, más polvo), de modo que se pierden muchos fotones azules y el Sol enrojece.

Un último curioso efecto del polvo guarda relación con otro de los componentes del medio interestelar, el campo magnético. Este provoca la alineación de los granos de polvo en direcciones prácticamente paralelas, lo que a su vez alinea los planos de vibración de los rayos de luz que los atraviesan. Así, la luz que nos llega de las estrellas se halla polarizada (no en gran medida, pero sí de forma perceptible), con especial intensidad en el caso de las que sufren un mayor enrojecimiento, es decir, las que más polvo tienen alrededor.

De un grano de polvo

Las partículas de polvo se hallan presentes en escenarios tan diversos como el medio interestelar, las atmósferas planetarias, las colas de los cometas o los discos en torno a las estrellas jóvenes. El conocimiento de las propiedades físicas de estas partículas resulta esencial no sólo para evaluar su efecto en las atmósferas, como el aumento o descenso de las temperaturas en el caso de la terrestre, sino también para obtener información sobre la estructura y evolución de los objetos astronómicos donde se encuentra, como los mecanismos de eyección de materia desde el núcleo en el caso de los cometas. Científicos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) han desarrollado en Granada un laboratorio para el estudio experimental de las partículas de polvo, cuyos primeros resultados se han publicado recientemente.

"El laboratorio reproduce la interacción de la luz, bien solar o de cualquier otra estrella, con la nube de polvo que nos interesa -explica Olga Muñoz, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía que lidera el proyecto-. En nuestro caso, la fuente de luz es un láser que puede emitir en cinco longitudes de onda; producimos la nube de partículas mediante un generador de aerosoles (o partículas de polvo) y lo llevamos hasta la zona de medida con un chorro de aire a presión, de modo que evitamos que una vasija contenga la muestra y que sus reflexiones falseen las medidas".

Las características del laboratorio, únicas en el mundo, permiten relacionar las propiedades físicas de las partículas de polvo (tamaño, geometría, composición y estructura) con la luz que dispersan. Una información que facilita, por ejemplo, la correcta interpretación de las observaciones astronómicas de cuerpos con polvo. De hecho, los primeros resultados sugieren que la práctica actual de asumir que los granos de polvo son esféricos puede dar lugar a errores dramáticos en la interpretación de las observaciones.

En el caso de la atmósfera de la Tierra, un efecto global de las partículas de polvo, que depende de su tamaño, es el calentamiento o enfriamiento del planeta. "El efecto de las partículas de polvo en suspensión en la atmósfera terrestre, conocidas como aerosoles, es una de las mayores fuentes de incertidumbre en los estudios climáticos, tanto por sus fuertes variaciones en el tiempo como por las distintas fuentes de emisión, sean naturales, producto de tormentas de arena o de erupciones volcánicas, o antropogénicas, como la polución", apunta Olga Muñoz. Por lo tanto, el conocimiento del tamaño de las partículas resulta fundamental en el estudio de los efectos globales de los aerosoles en la atmósfera.

Además, las propiedades de las partículas terrestres son similares a las que se encuentran en otros planetas y cuerpos del Sistema Solar, de modo que su análisis puede aplicarse al estudio de otras atmósferas. Incluso, el conocimiento de las propiedades físicas del polvo puede aportar información sobre los mecanismos de formación: por ejemplo, en el caso de una nube protoplanetaria, sobre cuáles son los bloques primordiales a partir de los que se forman los planetas.

Las primeras muestras analizadas por el Laboratorio de polvo cósmico del IAA, de arcilla blanca y verde, permiten un estudio multidisciplinar, ya que constituyen un compuesto abundante en la atmósfera terrestre, así como en la superficie y atmósfera de Marte; asimismo, han sido detectadas en distintos satélites del Sistema Solar, y en cometas y asteroides.

El Laboratorio ya está recibiendo muestras de polvo de muy alto interés para la comunidad científica: entre ellas se encuentran las cenizas procedentes del volcán islandés Eyjafjällajokull, que entró en erupción en 2010 y produjo el colapso del tráfico aéreo; también trabajan con muestras de arena muy fina procedente de los grandes desiertos, que pueden permanecer en suspensión en la atmósfera durante meses afectando así al equilibrio térmico: disponen de muestras de arena del Sahara recogidas en el Observatorio de Sierra Nevada y de arena del desierto del Gobi que había "viajado" más de dos mil kilómetros. Además están trabajando con análogos de cometas, es decir, muestras terrestres que presentan las mismas características que el polvo cometario.

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