En su canal de Youtube Xavier Dupac se define como un "barítono lírico especializado en canciones de arte francesas y alemanas y compositor de música vocal". Tiene decenas de vídeos interpretando todo tipo de obras de grandes compositores, desde Mozart a Verdi. Pero eso es solo un hobby. Y si se busca bien también se pueden encontrar vídeos de su verdadero trabajo.

Y es que Dupac es astrofísico, y trabaja en el Centro Europeo de Astronomía Espacial que la Agencia Espacial Europea (ESA) tiene en Villafranca del Castillo, a 30 kilómetros de Madrid. Desde allí se encarga de supervisar las operaciones científicas de la misión Euclid, que pretende cartografiar el universo. Aunque sus conocimientos también abarcan la cosmología. Por eso, con su ayuda, vamos a repasar cómo nacen y 'mueren' las galaxias, qué dificultades hay a la hora de observar el cosmos y cuáles son los grandes enigmas que nos quedan por resolver.

Xavier Dupac, astrofísico de la Agencia Espacial Europea. ESA

Pregunta. Empezamos por lo básico. ¿Qué se entiende por galaxia?

Respuesta. Realmente una galaxia es un concepto muy general. Podríamos decir que es todo cúmulo grande de estrellas, gas y polvo que está agrupado y tiene gravitación. Podemos llamar galaxia a algo bastante pequeño, que contenga unas 100.000 estrellas. La Vía Láctea, por ejemplo, se estima que tiene entre 100.000 y 400.000 millones de estrellas, pero hay galaxias incluso más grandes. Y luego pueden tener formas distintas: están las espirales, que son más complejas, las irregulares, las elípticas, que no tienen esos brazos tan bonitos, y las lenticulares.

P. ¿Por qué tienen colores diferentes?

R. El color depende de la cantidad de polvo y de la población de estrellas. Las galaxias con estrellas jóvenes suelen ser más azules, y si tienen estrellas antiguas y no tienen ya mucho mucho gas serán más rojas. Luego hay otro efecto que llamamos el corrimiento a rojo, que no es un efecto físico, sino de la distancia y de la velocidad que la galaxia tiene con respecto a nosotros. Es un efecto de cosmología.

Sabemos que el universo está en expansión, y por eso vemos que las galaxias se alejan unas de otras. Y desde donde estamos nosotros vemos que, por ese efecto del corrimiento a rojo, la mayoría de las galaxias se alejan de nosotros. Por eso no podemos observar bien las que están más lejanas a nosotros con la luz visible, y tenemos que utilizar la luz infrarroja. Y dependiendo de en qué en qué zona del infrarrojo las podamos ver sabremos a qué distancia están.

P. ¿La expansión del universo provocará que en algún momento no podamos observar ninguna galaxia?

R. Correcto. Pero ese momento llegará dentro de muchísimos miles de millones de años. Pero efectivamente, llegará el día en el que universo se haya expandido tanto que todas las galaxias se quedarán aisladas y se alejarán demasiado rápido. Y entonces estarán corridas demasiado hasta el infrarrojo lejano, e incluso hasta las ondas radio, y no se podrán ver.

P. Los telescopios como Euclid o James Webb, ¿captan el color real de las cosas o solo es un color aproximado?

R. En el caso de Euclid lo que tenemos es una una cámara visible de banda muy ancha, entonces no captamos el color real visible de las galaxias. Pero también tenemos tres colores en el infrarrojo cercano. Es decir, tenemos cuatro bandas en total, y con ellas podemos reconstruir un color que se puede aproximar al color visible. En las imágenes de Euclid que hemos publicado de observaciones tempranas se ven un montón de objetos, pero ese color es reconstruido. Es, por decirlo así, una imagen artificial. Aunque se parece bastante al color que veríamos con nuestros propios ojos.

P. Al hilo de esto, ¿qué diferencias hay entre el James web y Euclid?

R. La forma de observar de Euclid es hacer un relieve muy grande sobre el 35% del cielo total. Tiene un campo mucho más grande, y al final esto es necesario para observar muchísimas galaxias, que es el objetivo para poder hacer estos cálculos de las características generales del universo. El James Webb hace observaciones más precisas y mucho más pequeñas, centrándose en objetos más concretos, pero tiene mucha más resolución angular. Y puede ir mucho más profundo en el universo primordial y mucho más profundo en el cielo, porque tiene una superficie recolectora mucho más grande.

P. ¿Cómo se forma una galaxia? ¿Qué sabemos de sus orígenes?

R. Se forman por el efecto gravitacional, que comenzó a actuar muy temprano en la historia del universo. Al principio la materia y la energía estaban mezcladas de forma muy homogénea, y poco a poco se empezaron a formar estructuras como las galaxias. Fue un proceso muy lento a lo largo de miles de millones de años que hasta lo que conocemos ahora. Especialmente las galaxias más grandes y complejas como las espirales, que empezaron siendo un grupo de estrellas, luego una galaxia pequeña y luego una estructura más grande.

P. ¿Cuántas galaxias se estima que hay? ¿Y cuántas vais a poder observar con Euclid?

R. En el universo observable total, el que podríamos observar con un telescopio perfecto, se estima que hay alrededor de 400.000 millones de galaxias. Con Euclid vamos a poder observar entre 1.000 y 10.000 millones. Es en torno a un 1% o 2%.

P. ¿Qué necesitaríamos para que ese porcentaje subiera?

R. Dos cosas. Por un lado más sensibilidad de los instrumentos. Y por otro también más bandas en el infrarrojo lejano, porque si queremos ir al universo más joven debido al corrimiento a rojo necesitamos algo más en el infrarrojo medio o incluso lejano. Euclid no está diseñado para eso, porque deberíamos tener también a instrumentos a longitud de onda más grande para poder observar esas galaxias tempranas.

P. En las misiones espaciales siempre se trabajaba con mucho margen. ¿Estáis preparando ya la misión sucesora de Euclid o es todavía demasiado pronto?

R. Estamos colaborando con la NASA en el telescopio espacial Nancy Grace Roman -que está previsto que se lance en 2027-. Se puede decir que esa misión será la sucesora de Euclid, porque va a hacer cosas de cosmología y observará muchas galaxias, aunque va a tener alguna algunas características distintas. También estamos colaborando con el observatorio americano Rubin -un telescopio en construcción en Chile- que creo que entrará en funcionamiento el año que viene y también va a observar todo el cielo. A largo plazo, en las décadas de 2030 o 2040, todavía no tenemos otro proyecto específico de la ESA a nivel de cosmología. Pero será algo que se decidirá más adelante, en los años venideros.

P. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, ¿tiene algo especial?

R. La verdad es que no. Es una galaxia espiral barrada como hay muchas en el universo. Y tiene, como he dicho antes, entre 100 mil y 400 mil millones de estrellas. Tiene gas, polvo y todo eso, pero no tiene nada especial. Podemos decir que estamos en una galaxia como muchas otras.

Aunque por lo que sabemos con el paso del tiempo la Vía Láctea ha cambiado mucho. Hubo algunos procesos que hicieron que se juntaran galaxias pequeñas, y también que se quedaran en órbita alrededor cúmulos globulares que habían llegado desde otros lugares del cosmos. Fue un proceso muy largo hasta llegar a lo que tenemos hoy en día.

P. Cuando veo las imágenes de Euclid en lo que me fijo es que son impresionantes. Pero, ¿qué información se puede extraer de ellas?

R. La fuerza de Euclid es que tenemos dos tipos de observaciones cosmológicas a la vez. Una es lo que llamamos el efecto de lente de gravitación débil, que hace que podamos ver las galaxias lejanas del universo porque están agrandadas por el potencial gravitacional de la materia oscura que está en la línea de vista. Es un efecto de relatividad general que nos permite observar muchas galaxias y hacer un mapa de toda esta materia oscura que está en el universo.

La otra es el relieve espectroscópico, y esto funciona con el efecto de agrupación de las galaxias. Dependiendo de las características con la cuales se agrupen se puede derivar características del universo. Con estos dos efectos que vamos a combinar con Euclid vamos a tener una forma única de observar el universo y de entender mejor sus características.

P. ¿Cómo interactúan las galaxias entre sí?

R. Con los efectos gravitacionales no sólo se alejan, a veces también se aproximan. Y cuando pasa eso puede haber una especie de 'boda' entre dos galaxias que haga que se queden juntas, que se mezclen, que cambien de forma y que terminen formando una misma galaxia. Eso ha pasado muchas veces. Aunque a veces si una de ellas es más pequeña se queda en el ámbito gravitacional de una más grande y forman grupos de galaxias, como el Grupo Local, donde se encuentra la Vía Láctea y la galaxia Andrómeda. Alrededor de estas dos tenemos otras galaxias más pequeñas, irregulares y enanas que están atrapadas en el campo de gravitación.

P. Y algún día la Vía Láctea y Andrómeda colisionarán.

R. No soy especialista en ese tema, pero sí parece que se va a producir. Aunque si finalmente sucede tampoco es que suponga un peligro para la vida de las estrellas individuales. Lo que puede hacer es que esas dos galaxias se agrupen y terminen formando una sola.

P: Sabemos que la luz tarda en llegar hasta nosotros, y por eso cuando observamos objetos estelares en el universo vemos cómo eran en el pasado. ¿Habría alguna manera de solventar esto?

R. La única forma de ver esos objetos en 'directo' sería ir allí. Es lo que hacemos en algunas misiones como Cassini, que fue Saturno. Ahí podemos captar las imágenes en el momento, pero luego al mandarlas a la Tierra con la misma velocidad de la luz las vemos también en diferido. Pero no hay otra forma. No parece que la física permita que haya un truco para evitar ese retraso.

R. ¿Cuánto margen de mejora tienen el zoom y la resolución de nuestras observaciones?

R. No hay un límite tan evidente. Podemos construir telescopios muy grandes, por ejemplo en la superficie de la Luna, que es una idea que existe. La ventaja que tiene la Luna es que no tiene atmósfera, y eso hace que sea mucho mejor para ver el espacio profundo. Desde la Tierra tenemos mucha contaminación atmosférica. En la Luna podríamos construir un telescopio de muy gran tamaño, tipo el telescopio de Arecibo que hay en Puerto Rico. Así podríamos aumentar muchísimo la superficie de colección de la luz, y se podría tener un instrumento de distintas longitudes de onda. Y en el espacio también podríamos construir cosas más grandes que el James Webb, aunque evidentemente tiene sus desafíos tecnológicos. Pero definitivamente podemos aumentar mucho la resolución que tenemos todavía.

P. Más allá de la Luna, ¿dentro de nuestro sistema solar hay algún otro punto que veáis interesante para para desplegar telescopios? Ya sea en el mismo espacio o en planetas, satélites, etc.

R. Lo importante para hacer astronomía es que no haya atmósfera y que tenga una superficie estable. En este sentido la Luna es ideal, y además también está cerca de la Tierra. No veo por qué vamos a ir más lejos. Júpiter, por ejemplo, tiene muchas lunas alrededor, pero no tienen tampoco una superficie muy buena porque o son volcánicas o son de hielo con océanos por debajo. Nuestra Luna es lo mejor que tenemos en este sentido.

P. Para acabar. ¿Qué maneras de morir tiene una galaxia?

R. No mueren exactamente, siguen evolucionando. Es decir, que cambian de forma. Por ejemplo la nuestra tienes esos dos brazos espirales, y dentro de ellos hay montón de formación estelar. Pero llega un momento en que todo el gas se gasta, la formación estelar se para y las estrellas que se quedan son muy viejas y muy rojas. Y la galaxia es como si se relajara. Luego pierde fuerza gravitacional y se termina haciendo una elíptica que no tiene tanto movimiento dentro. Esa es la evolución a largo plazo de las galaxias.