revista de divulgación del Instituto de Astrofísica de Andalucía

Reportaje

Shapley, Curtis y el Gran Debate

EL DEBATE QUE FIJÓ PARÁMETROS FUNDAMENTALES DEL UNIVERSO
Por Miguel Pérez Torres(IAA-CSIC)

Este año se cumple el centenario del famoso Gran Debate entre Harlow Shapley (1885-1972), astrónomo del observatorio de Monte Wilson, y Heber Curtis (1872-1942), astrónomo del observatorio de Lick, que se celebró el 26 de abril de 1920. Ese año, la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos había decidido que la conferencia William Ellery Hale de 1920 se dedicaría a debatir “La escala de distancias en el universo”; y se decantaron por Shapley y Curtis, que en aquella época eran las cabezas visibles de las dos posturas más en boga y que, simplificadas, eran estas: Shapley defendía la idea de que nuestro universo consistía de una única, gigantesca galaxia, mientras que Curtis propugnaba un universo en el que había numerosas galaxias (todavía llamadas entonces “nebulosas”). La propuesta del tema la hizo el astrónomo George Ellery Hale, descubridor de los campos magnéticos en las manchas solares e hijo de William Ellery Hale, quien había financiado las conferencias durante años.  

Curtis se había graduado en 1893 en la Universidad de Michigan, con un grado en estudios clásicos. No queda claro por qué ni cómo, pero de algún modo debió quedar fascinado por la astronomía, pues nueve años más tarde, en 1902, se doctoró en Astronomía por la Universidad de Virginia. Ese mismo año consiguió un puesto como astrónomo en el observatorio de Lick, donde estuvo hasta 1920. En Lick, Curtis se dedicó principalmente a fotografiar “nebulosas” espirales, y la invitación a participar en el Gran Debate fue precisamente por los trabajos realizados sobre estas nebulosas. Curtis observó, entre otras galaxias, M87, y fue el primero en notar el chorro polar, que describió como “un curioso rayo rectilíneo… aparentemente conectado con el núcleo por una fina línea de materia”. El chorro relativista que emana de la vecindad del agujero negro supermasivo de M87* y que se extiende más allá de la galaxia, vista en el óptico. 
Shapley quizá acabara siendo astrónomo por casualidad. En quinto curso de primaria, y por decisión propia, Shapley dejó la escuela. Estudió en casa y, apenas pudo, se dedicó a cubrir las crónicas de sucesos en un periódico local.  Tras esta experiencia, Shapley decidió volver a los estudios formales, completando el programa de seis años de educación secundaria en apenas dos años, siendo el primero de la clase. En 1907, Shapley fue a la Universidad de Misuri para estudiar periodismo. Pero al descubrir que la apertura de la escuela de periodismo se había pospuesto un año, decidió que estudiaría la primera carrera en el listado de grados de la universidad. Tras rechazar Arqueología (según contaría más tarde porque no podía pronunciarla bien), Shapley eligió la siguiente carrera en orden alfabético, astronomía. A Shapley también le debió de fascinar la astronomía, pues se licenció en 1910 y obtuvo el máster en 1911. En 1913 obtuvo el doctorado en Princeton y en 1914 consiguió un puesto de astrónomo en el observatorio de Monte Wilson. 
Desde el trabajo de Herschel de 1785, y durante más de un siglo, los astrónomos habían vivido en un universo constituido esencialmente por una galaxia, la nuestra, de un tamaño no mucho mayor de seis mil años luz y donde nosotros ocupábamos el centro. Si las nebulosas espirales podían ser, o no, otros “universos isla” se discutía de tanto en tanto en el siglo XIX, pero no era el foco de la investigación de ningún astrónomo. Sin embargo, entre 1900 y 1920, los astrónomos pasaron de los años-luz a los pársecs, los tamaños de la galaxia aumentaron y el Sol pareció desplazarse del centro de la galaxia. Por ejemplo, Shapley colocaba al Sol a una distancia de unos 15-20 kilopársecs (kpc) del centro la Vía Láctea, que tendría un diámetro de al menos 90 kilopársecs, una gigantesca galaxia, tres veces mayor que las estimaciones actuales. Para Curtis, en cambio, la Vía Láctea tenía apenas 9 kilopársecs, con el Sol a 3 kpc del centro, y por tanto era una galaxia diez veces más pequeña que la de Shapley, dejando espacio para otros “universos isla”, las nebulosas espirales. 
El Gran Debate se convirtió en un excelente toma y daca de opiniones sobre las distancias en el universo, incluyendo la distancia a los cúmulos globulares, las estrellas cefeidas como indicadores de distancias, la naturaleza de las nebulosas y sus velocidades de expansión, y el tamaño de nuestra galaxia (que era casi como decir el tamaño del universo de la época). Pero también incluyó temas como la teoría de evolución estelar, la tasa de novas en la galaxia… hasta un total de catorce puntos de debate.  

El resultado del debate a menudo aparece simplificado como una victoria de las posturas de Shapley frente a las de Curtis, pero si uno se fija en todos los puntos, quizá es más justo considerarlo un empate o, en jerga pugilística, una victoria a los puntos de Curtis, quien tuvo a menudo más razón en cada uno de los temas discutidos. Por ejemplo, Shapley defendía las ideas de que el Sol no se encontraba en el centro de la Vía Láctea y que los cúmulos globulares y las nebulosas espirales eran parte de la misma, mientras que Curtis defendía que esas nebulosas espirales eran galaxias externas a la nuestra. Shapley llevaba la razón en cuanto a la posición del centro de la Vía Láctea y a los cúmulos globulares, pero se equivocó en lo que a las nebulosas espirales se refiere (cabe resaltar que Shapley pronto aceptó y adoptó esta postura, es decir, que las nebulosas espirales eran externas a nuestra galaxia, de modo que el universo no se limitaba únicamente a la Vía Láctea). Curtis también estuvo más acertado en temas como la tasa de novas o la interpretación de que las velocidades de las nebulosas espirales estaban ligadas a “algo intrínseco” de las mismas. Por el contrario, Shapley también estuvo más acertado al considerar las cefeidas como buenas indicadoras de distancias (y si no, que se lo digan a Hubble). Quizá donde ambos contendientes estuvieron equivocados fue en la interpretación del papel de la absorción interestelar debida al polvo, aunque también aquí Curtis estuvo más cerca de la verdad. En cualquier caso, la gran beneficiada del debate fue la ciencia, con mayúsculas. Se había llegado a 1920 con datos que se interpretaban de modo muy diverso, y se salió del Gran Debate con una posición clara del Sol (no estamos en el centro de la galaxia), un tamaño mucho mayor de la misma y la confirmación de la existencia de otras galaxias. 
Tras el Gran Debate parece que ambos contendientes salieron beneficiados en su carrera profesional, pues a ambos les ofrecieron ocupar cargos de dirección de observatorios. A cambio, sus carreras científicas se vieron seriamente afectadas, y no pudieron realizar más contribuciones significativas hasta el final de sus vidas. Curtis fue director en el observatorio de Allegheny entre 1920 y 1930, y después ocupó el cargo de director de los observatorios de la Universidad de Michigan, hasta 1942. Curtis falleció, literalmente, con las botas de director puestas.  
Shapley también pasó más parte de su vida como director de observatorio que como astrónomo investigador. Poco después del Gran Debate aceptó el cargo de director del Observatorio de Harvard, sucediendo a Pickering. Ocupó el cargo hasta 1952, cuando se lo cedió a Donald Menzel. De la mano de Shapley, el observatorio de Harvard se convirtió en un verdadero observatorio del siglo XX, aunque siempre tuvo una preferencia por los telescopios relativamente pequeños y de gran campo. 
Este año, a finales de febrero, un colega me recordó que iba a ser el centenario del Gran Debate, y nos planteamos organizar un debate similar, pero centrado en la constante de Hubble y sus implicaciones: energía oscura, universo en que vivimos, qué implica un valor u otro de la constante de Hubble… La idea era invitar a un astrofísico especializado en cosmología teórica y otro en cosmología observacional y plantear una serie de puntos que no están claros, y discutir sus implicaciones. Desgraciadamente, a las pocas semanas de esa charla, las vidas de todos nosotros se vieron alteradas por un ser de apenas unas micras de tamaño y todo quedó en el olvido. Sirva este artículo para rememorar un célebre debate científico y esperar que en 2021 podamos organizar ese Gran Debate sobre la constante de Hubble.