El misterioso y oscuro vacío del espacio interestelar finalmente está siendo revelado por dos intrépidas naves espaciales que se han convertido en los primeros objetos creados por el ser humano que abandonan nuestro Sistema Solar.
Lejos del abrazo cálido del Sol, el límite de nuestro Sistema Solar parecería ser un lugar frío, vacío y oscuro.
Durante muchos años se pensó que ese enorme espacio entre nosotros y la estrella más cercana era un vasto territorio de la nada.
Hasta hace poco, era una zona que la humanidad sólo podía apreciar en la distancia. Los astrónomos apenas le ponían atención, preferían enfocar su tiempo y sus recursos a masas estelares, estrellas vecinas, galaxias y nebulosas.
Pero dos naves, construidas y lanzadas al espacio en los años 70, nos están dando los primeros atisbos de esta extraña región que es conocida como el espacio interestelar.
Son los primeros objetos fabricados por el ser humano que abandonan el Sistema Solar y, como tal, se han internado en territorios inexplorados. Ninguna nave espacial ha llegado tan lejos.
Y estos dos dispositivos han revelado que más allá de los límites de nuestro Sistema Solar hay una región llena de actividad caótica y "espumosa".
"Cuando miras las diferentes partes del espectro electromagnético, esa área del espacio es muy diferente de la oscuridad que percibimos con nuestros ojos", le dice a la BBC Michelle Bannister, astrónoma de la Universidad de Canterbury en Christchurch, Nueva Zelanda, que estudia los exteriores del Sistema Solar.
Y añade: "Los campos magnéticos están luchando y empujando y además están conectados entre sí. Más o menos como si estuviéramos sumergidos bajo las cataratas del Niágara".
Pero en vez del agua cayendo, la turbulencia que se percibe allí es el resultado del viento solar -una corriente constante y potente de partículas, o plasma, que se esparce en todas las direcciones desde el Sol-, que se choca contra un cóctel de gases, polvo y rayos cósmicos entre sistemas estelares, conocido como el "medio interestelar".
Los científicos, poco a poco, han ido construyendo una imagen de lo que es un medio interestelar, a lo largo de los últimos 50 años y gracias a observaciones con ondas radiales y telescopios de rayos X.
Así, han revelado que este medio interestelar está compuesto de átomos de hidrógeno ionizados extremadamente difusos, polvo y rayos cósmicos intercalados con densas nubes moleculares de gas que se cree son el lugar de nacimiento de nuevas estrellas.
Pero la naturaleza exacta de ese lugar justo afuera de nuestro Sistema Solar ha sido largamente un misterio, principalmente porque el Sol, los ocho planetas y otros objetos estelares están contenidos por una gigantesca burbuja formada por el viento solar, conocida como la heliosfera.
Choque de masas
A medida que el Sol y los planetas circundantes se reparten a través de la galaxia, esta burbuja choca con el medio interestelar como un escudo invisible, lo que permite mantener a raya a la mayoría de los rayos cósmicos dañinos y otros materiales.
Pero esta protección también hace mucho más difícil estudiar qué es lo que ocurre más allá de la burbuja. Incluso determinar su tamaño y forma interior.
"Es como si estuvieras dentro de tu casa y quisieras saber cómo es. Hay que salir y mirar desde afuera", le explica a la BBC Elena Provornikova, investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins.
"La única forma de hacerse más o menos una idea es viajar lejos del Sol, mirar hacia atrás y tomar una imagen desde fuera de la heliosfera".
Pero esta no es una tarea sencilla. Comparada con toda la Vía Láctea, nuestro Sistema Solar es tan pequeño como un grano de arroz flotando sobre el océano Pacífico.
Y a pesar de eso, los límites de la heliosfera están tan distantes que al Voyager 1 y el Voyager 2 les tomó 40 años llegar hasta ese lugar, después de salir de la Tierra.
La Voyager 1, que tomó una ruta más directa a través del Sistema Solar, cruzó hacia el medio interestelar en 2012, antes de que la 2 lo hiciera en 2018.
Actualmente ambas sondas se encuentran a unos 13.000 millones de kilómetros de la Tierra; se siguen alejando de nuestro Sistema Solar a la vez que envían más información.
Lo que estas dos sondas han revelado acerca de este lugar entre la heliosfera y el medio interestelar ha provisto a la ciencia de nuevas pistas sobre cómo se formó nuestro Sistema Solar y, sobre todo, cómo es posible la existencia de vida en la Tierra.
Tormentas estelares
Pero lejos de ser una frontera visible, el verdadero límite de nuestro Sistema Solar en realidad se mantiene agitado con campos magnéticos, el choque constante de tormentas estelares y de tormentas de partículas de alta energía.
El tamaño y la forma de la burbuja de la heliosfera se altera debido a los cambios en la energía que provee el Sol, a medida que vamos pasando por diferentes regiones del medio interestelar.
Cuando el viento solar aumenta o disminuye, cambia la presión sobre esta burbuja.
En 2014, la actividad del Sol aumentó, y envió lo que podría llamarse un huracán de viento solar dentro del espacio.
Esa explosión rápidamente pasó por Mercurio y Venus a una velocidad de 800 kilómetros por segundo. Después de dos días y 150 millones de kilómetros de recorrido, alcanzó la Tierra. Afortunadamente, nuestro campo magnético nos protegió de una poderosa radiación solar.
La onda explosiva continuó su camino hacia Marte un día después y, a través de un cinturón de asteroides, se encaminó en dirección a los gigantes gaseosos: Júpiter, Saturno y Urano.
Dos meses después llegó a Neptuno, que orbita a una distancia del Sol cercana a los 4,5 mil millones de kilómetros.
Tras seis meses, este viento finalmente alcanzó el punto más allá de los 13.000 millones de kilómetros desde el Sol, que se conoce como el frente de choque de terminación y es donde el viento solar disminuye su velocidad.
En ese lugar, el campo magnético del Sol, que es el que impulsa el viento solar, se debilita lo suficiente para que el medio interestelar lo pueda empujar hacia atrás.
La ráfaga de viento solar que emergió después atravesar el frente de choque de terminación comenzó a viajar a menos de la mitad de su velocidad previa. El huracán se convirtió en una tormenta tropical.
Entonces, a finales de 2015, esta ráfaga de viento solar rozó la estructura de la Voyager 2, que no es más grande que un automóvil pequeño.
El plasma que surgió del roce con la estructura espacial fue detectado por los aparatos de la Voyager, que tienen más de 40 años de construidos y funcionan gracias a una cada vez más avejentada batería de plutonio.
La sonda logró enviar la información de nuevo hacia la Tierra y, a pesar de que las ondas emitidas por la sonda viajaban a la velocidad de la luz, le tomó 18 horas alcanzar los radios terrestres.
Lo cierto es que los astrónomos sólo pueden recibir la información de ambas Voyager gracias a una enorme formación de platos satelitales y tecnología avanzada que era imposible de concebir, y muchos menos de fabricar, cuando se envió la sonda al espacio en 1977.
El viento solar alcanzó a la Voyager 2 cuando todavía estaba dentro de nuestro Sistema Solar.
Un año después, un último aliento de ese viento alcanzó a la primera Voyager, que ya había cruzado hacia el espacio interestelar en 2012.
Las diferentes rutas que habían tomado estas dos sondas cuando fueron lanzadas significaba que una estaba cerca de 30 grados por encima del plano solar y la otra, en la misma ubicación pero por debajo.
El viento solar alcanzó a ambas en regiones diferentes y en tiempos distintos, lo que dio a los científicos algunas pistas sobre la naturaleza de la heliopausa.
Heliopausa
Los datos revelaron que este límite turbulento, donde el viento solar amaina su paso, tiene millones de kilómetros de espesor. Además, cubre miles de millones de kilómetros cuadrados alrededor de la superficie de la heliosfera.
La heliosfera también es inesperadamente enorme, lo que sugiere que el medio interestelar en esta parte de la galaxia es menos denso de lo que se pensaba.
El Sol marca un camino a través del espacio interestelar como un bote lo hace por el agua, lo que crea un "arco de choque" y deja una estela detrás, posiblemente con una cola (o colas) con formas similares a los cometas.
Ambas sondas salieron del Sistema Solar a través de la "nariz" del frente de la heliosfera, por lo que nunca emitieron información sobre estas colas detrás.
"La estimación de las Voyager es que la heliopausa tiene aproximadamente una unidad astronómica de espesor (que es equivalente a 149 millones de kilómetros, la distancia promedio entre la Tierra y el Sol)", dice Provornikova.
"No es realmente una superficie. Es una región con procesos complejos. Y no sabemos qué está pasando allí", añade.
Partículas y plasma
Pero no solo los vientos solares e interestelares crean una zona de guerra en esta región fronteriza, sino que aparentemente las partículas cambian de cargas e impulso.
Como resultado, una porción del medio interestelar se convierte en viento solar, lo que realmente aumenta el empuje hacia afuera de la burbuja.
Y mientras un aumento del viento solar puede dar muy buena información, parece que, sorprendentemente, tiene un efecto poco significativo en la forma y el tamaño total de la burbuja.
Además, parece que lo que pasa afuera de la heliosfera es más interesante que lo que pasa por dentro.
El viento solar puede aumentar o disminuir en el tiempo, y eso no parece tener un efecto dramático en la burbuja.
Pero si esa burbuja se mueve hacia un lugar de la galaxia con mayor o menor densidad de viento interestelar, entonces comenzará a crecer o a reducirse.
Preguntas
Muchas preguntas quedan aún sin respuesta, incluyendo aquellas sobre qué tan común es nuestra burbuja protectora de viento solar.
Provornikova señala que comprender más sobre la heliosfera nos puede arrojar luz sobre si estamos o no solos en el Universo.
"Lo que estudiamos en nuestro propio sistema nos informará sobre las condiciones para el desarrollo de la vida en otros sistemas estelares", dice la científica.
Y eso es posible porque, al mantener el medio interestelar a raya, el viento solar también mantiene lejos el bombardeo, fatal para nuestro Sistema Solar, de radiación y partículas mortales de alta energía desde lo más profundo del espacio.
Los rayos cósmicos son protones y núcleos atómicos que circulan a través del espacio a casi la velocidad de la luz.
Estos rayos pueden generarse cuando las estrellas explotan, cuando las galaxias colapsan en los hoyos negros y mediante otros cataclismos cósmicos.
La región externa a nuestro Sistema Solar está llena de esa lluvia constante de partículas subatómicas de alta velocidad, que son lo suficientemente poderosas para afectar con su radiación a planetas que no están tan protegidos.
"La sonda Voyager informó definitivamente que el Sol filtra el 90% de esta radiación", anota Jamie Rankin, investigadora de heliofísica en la Universidad de Princeton y la primera persona en escribir una tesis de doctorado basada en los datos interestelares de las sondas Voyager.
"Si no tuviéramos el viento solar protegiéndonos, no sé si estaríamos vivos", agrega.
Otras sondas
Otras tres sondas adicionales enviadas por la NASA se unirán a las Voyager en su viaje por el espacio interestelar, aunque dos de ellas ya se quedaron sin batería y dejaron de enviar información a la Tierra.
Individualmente, estos pequeños puntos en ese espacio gigante sólo proporcionarán información limitada. Afortunadamente, se puede realizar una observación más amplia más cerca de casa.
El Explorador Internacional de los Límites Espaciales de la NASA (Ibex, por sus siglas en inglés) es un pequeño satélite que lleva orbitando la Tierra desde 2008 y que tiene como misión detectar las partículas llamadas "átomos de energía neutral" que pasan a través de los límites interestelares.
Lo que hace el Ibex es crear mapas tridimensionales de las interacciones que se registran alrededor de la heliosfera.
"Podemos pensar en los mapas del Ibex como una especie de radar de Doppler y en los Voyagers como estaciones meteorológicas en la Tierra", dice Rankin.
Ella ha utilizado datos de Voyagers, Ibex y otras fuentes para analizar oleadas más pequeñas del viento solar, y actualmente está trabajando en un documento basado en la explosión mucho más grande que comenzó en 2014.
Ya la evidencia muestra que la heliosfera se estaba reduciendo cuando la Voyager 1 pasó el límite en 2012, pero se expandió nuevamente cuando la Voyager 2 cruzó en 2018.
"Es un límite bastante dinámico. Es bastante sorprendente que este descubrimiento se haya capturado en los mapas del Ibex, lo que nos permitió rastrear las respuestas locales de las Voyager al mismo tiempo", añade la científica.
Una sorpresa
Pero hay un giro en la historia de las sondas Voyager. Aunque han abandonado la heliosfera, todavía están dentro del alcance de otras influencias de nuestro Sol.
La luz del Sol, por ejemplo, sería visible a simple vista desde otras estrellas.
La influencia de la gravedad de nuestra estrella también se extiende mucho más allá de la heliosfera, manteniendo en su lugar una esfera dispersa y distante de hielo, polvo y desechos espaciales conocida como la Nube de Oort.
Los objetos de Oort todavía orbitan alrededor del Sol, a pesar de que flotan lejos en el espacio interestelar.
Si bien algunos cometas tienen órbitas que llegan hasta la Nube de Oort, una región que está a unos 300-1.500 mil millones de kilómetros, generalmente se considera demasiado distante para que enviemos nuestras propias sondas.
Estos objetos distantes apenas han cambiado desde que comenzó el Sistema Solar y pueden contener claves para esas preguntas que nos hacemos sobre el espacio, desde cómo se forman los planetas hasta qué tan probable es que surja vida en nuestro Universo.
Y con cada ola de nuevos datos, también surgen nuevos misterios y preguntas.
Provornikova dice que puede haber una capa de hidrógeno que cubra parte o toda la heliosfera, cuyos efectos aún no se han podido decodificar.
Además, la heliosfera parece estar precipitándose hacia una nube interestelar de partículas y polvo que quedaron de antiguos eventos cósmicos, cuyos efectos en el límite del Sistema Solar -y en aquellos que vivimos dentro de él- no se han establecido.
"Podrían cambiar las dimensiones de la heliosfera, podría cambiar su forma", dice Provornikova.
"Podría tener diferentes temperaturas, diferentes campos magnéticos, diferente ionización. Es muy emocionante porque es un área de muchos descubrimientos y sabemos muy poco sobre esta interacción entre nuestra estrella y la galaxia local".
Pase lo que pase, las intrépidas sondas Voyager estarán en la vanguardia de nuestro Sistema Solar, revelando cada vez más sobre este territorio extraño e inexplorado a medida que avanzamos por el espacio.
