Columna de Astronomía | El universo a través de "ojos de hidrógeno"

Todo lo material que vemos –incluyendo las estrellas–, todo lo que respiramos, lo que tocamos, incluso lo que podemos imaginar está y podría ser creado, algún día, de átomos. Y entre los átomos, el hidrógeno es el más simple y el más abundante en el universo.

El hidrógeno (H) está compuesto por un protón –con carga eléctrica positiva, con una masa de 1,67 x 10^{-27 kg}–, el que es circundado por un electrón, con carga negativa, y 1.830 veces más liviano que el primero. Por ello, no es sorpresa que se encuentre en el universo en una proporción significativa. Prácticamente cualquier objeto astronómico contiene hidrógeno, ya sea en su forma más simple –como en casi todas las estrellas del cielo que brillan– o en alguno de sus compuestos formando moléculas como el agua (H₂O), –las que encontramos en la atmósfera de planetas y exoplanetas–.

Sin embargo, la utilidad astronómica más sorprendente del hidrógeno, y quizás la más inesperada, es que permite trazar la estructura de la Vía Láctea. ¿Por qué inesperada? Porque gran parte del hidrógeno que se encuentra en nuestra galaxia, y en muchas otras, está a baja temperatura –a menos de 100°K o -173°C– y a densidades bajísimas (entre 20 y 50 átomos por cm³), por lo que su radiación o la huella que deja aparece sólo muy de vez en cuando. Habría que esperar cerca de 11 millones de años para que un átomo de hidrógeno emitiera un fotón de manera espontánea, lo que se conoce como la "transición hiperfina del hidrógeno". Pero gracias a la vastedad del medio interestelar y a que la cantidad de hidrógeno es enorme, dicha emisión es lo suficientemente frecuente para poder observarla con radiotelescopios desde la Tierra, tal como lo hicieron por primera vez Ewen y Purcell en 1951.

Dicha radiación no sólo nos permitió trazar la estructura espiral de la Vía Láctea en la década de 1960, sino que también nos abrió una nueva ventana en el universo. Esto porque es capaz de atravesar el denso gas molecular y el polvo del medio interestelar, los que de otra forma actúan como una cortina de humo que oculta todo. Por ello podemos detectar la radiación emitida desde grandes distancias, incluso la que viene de los confines de la galaxia.

Esta radiación del hidrógeno es emitida por prácticamente todas las galaxias que tienen gas en grandes cantidades, y en especial por las galaxias de forma espiral, ricas en gas. Por ello es posible hacer un catastro de dicha emisión en millones de galaxias, tal como lo realizó el sondeo HIPASS (HI Parkes All Sky Survey). Dentro de ese catálogo, lo más llamativo es el descubrimiento de galaxias que si bien tienen una emisión significativa en la transición hiperfina del hidrógeno, no son detectadas con telescopios ópticos. Son galaxias desprovistas de estrellas, o casi, tal como ocurre con la galaxia espiral gigante y extremadamente difusa Malin 1.

Esta estructura tiene mucho más gas que estrellas, más de 10¹⁰ masas solares de hidrógeno neutro. Aunque este gas por sí solo no sería capaz de mantener a Malin 1 estable por mucho tiempo. Esta galaxia fue observada en el óptico en detalle por un equipo chileno usando el telescopio Magallanes. Ahí se descubrió que la densidad de estrellas en el disco de esta galaxia es unas 60 veces menor que la densidad de estrellas de nuestra vecindad solar, la que ya es bajísima: ¡unos 0,004 estrellas por cada año luz cúbico! La respuesta a este enigma es la materia oscura. Por ella pueden existir galaxias gigantescas en el universo con densidades estelares bajísimas, y mantenerse estables por muchos miles de millones de años. El hidrógeno nos dio la primera pista para saberlo.