Champán oscuro: lo que los púlsares revelaron sobre la transición de fase

En los primeros instantes después del Big Bang, el Universo era como una botella de champán superenfriada. Además de la materia ordinaria, escondía un sector oscuro: un «vino» espumoso invisible de campos y partículas, candidatos a materia oscura. A temperaturas de decenas de MeV, ese vino experimentó una transición de fase de primer orden: como al abrir bruscamente una botella, nacieron y empezaron a crecer burbujas de la nueva fase. Semejante cataclismo debió liberar ondas gravitacionales — un temblor del espacio-tiempo que se propagó por el cosmos. Miles de millones de años después, lo habrían captado los púlsares — precisísimas estrellas de neutrones giratorias, cuyos pulsos rítmicos descubrió Jocelyn Bell Burnell.

Pero, ¿cómo estimar la intensidad de ese «pum»? En lugar de seguir cada detalle microscópico, los físicos aplicaron una teoría efectiva de campos tridimensional: una especie de receta macroscópica que describe la transición de fase mediante parámetros colectivos, igual que un sumiller evalúa la efervescencia por el tamaño y la velocidad de las burbujas sin fijarse en cada molécula. Este enfoque, depurado en el marco del Modelo Estándar, permitió incluir correcciones térmicas de orden superior y cuantificar las incertidumbres hasta NNLO. En los cálculos se incluyó también un fermión pesado, candidato a materia oscura, cuya masa suprime su participación a bajas energías. Por separado, se siguieron las contribuciones entrópicas de ambos sectores para recalcular correctamente la señal al día de hoy.

El resultado fue desconcertante: para los parámetros típicos del modelo, la amplitud de las ondas gravitacionales resultó ser varios órdenes de magnitud inferior a la que detectan los conjuntos de púlsares. Incluso en escenarios con una producción avalancha de burbujas, las predicciones discrepan de los datos de NANOGrav en un nivel de 2σ. Peor aún, la región de parámetros que se ajusta a las observaciones se sitúa en el límite de controlabilidad de los cálculos: allí la expansión a altas temperaturas empieza a «crujir» y entran en juego efectos no considerados. También surgió un detalle curioso: el plasma ordinario apenas participa en el movimiento de las paredes de las burbujas, de modo que los sectores oscuro y visible están hidrodinámicamente desacoplados, como si el champán brotara sin salpicar la copa de al lado.

¿Qué implica esto para nuestra concepción del Universo? El sector oscuro abeliano más simple no logra explicar el zumbido de nanohercios. Esto refuerza la posición de fuentes alternativas: en primer lugar, las fusiones de agujeros negros supermasivos, pero también fenómenos exóticos como las cuerdas cósmicas. Sin embargo, el trabajo no cierra el tema, sino que muestra que se necesitan cálculos más precisos y, probablemente, modelos más complejos donde la transición de fase sea más intensa. La metodología basada en la reducción dimensional se convierte en un estándar, vinculando la física del Modelo Estándar con la cosmología. En el futuro, se incluirán operadores de dimensiones superiores y, tal vez, simulaciones no perturbativas en redes, de manera similar a como en su día Vera Rubin confirmó la realidad de la materia oscura mediante observaciones de galaxias. La primera pista de ondas gravitacionales la dio el interferómetro terrestre LIGO, impulsado por Rainer Weiss; ahora el arsenal se ha ampliado con «relojes» cósmicos, y cada nueva observación nos acerca a comprender la sinfonía oscura del universo.