Big Bang

En una olla sobre la hornilla, el agua empieza a burbujear desde el fondo, mucho antes de que hierva por completo. Las burbujas de vapor ascienden desde el fondo, aunque la hornilla aún no se haya calentado del todo.

Imagina que miras una cordillera lejana a través de la niebla matutina. Los contornos de los picos se ven borrosos, y si la niebla no es uniforme, algunas laderas se pierden más que otras. Así es como los astrónomos ven la luz antigua del universo, que ha viajado hasta nosotros durante 13,8 mil millones de años.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en cantidades iguales. Pero hoy, a nuestro alrededor, hay materia ordinaria, mientras que la antimateria casi no se encuentra. ¿Dónde fue a parar?

En los primeros 500 millones de años después del Big Bang, las galaxias crecían a un ritmo vertiginoso. El gas caía rápidamente en ellas y colapsaba en estrellas sin encontrar resistencia. Este período se conoce como 'formación estelar sin obstáculos'.

En el corazón de una ciudad antigua se alza una torre con un reloj que no se ha ajustado desde su construcción. Por su retraso se puede calcular cuánto se ha estirado el tiempo desde entonces.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en cantidades iguales. Pero hoy, a nuestro alrededor, hay materia ordinaria, mientras que la antimateria casi no se encuentra. ¿Dónde fue a parar?

El haz de un reflector se pierde en la oscuridad, pero si lo seguimos hacia atrás, chocamos con la lámpara. Con la historia del universo quizás ocurre lo mismo: al rastrear su expansión hacia atrás, nos topamos con un comienzo. Los físicos tomaron el modelo más simple: un universo que se estira por igual en todas direcciones, como un cubo cuyos lados crecen.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió más rápido de lo que la luz podía cruzarlo. Como un globo que se infla, pero en lugar de goma, el propio espacio. En este globo inevitablemente aparecían ondas: diminutas compresiones y rarefacciones de las que luego surgieron todas las galaxias y estrellas.

El cosmos se expande, y esa expansión se acelera. Pero ¿y si en los primeros instantes tras el Big Bang la gravedad funcionara de otra manera? Los autores del nuevo trabajo añadieron a las ecuaciones de Einstein un campo invisible que intercepta la energía de la materia y la radiación ordinarias.

El caldo hirviente del universo temprano bullía de partículas y antipartículas. Nacían y morían en pares y, según todas las leyes de la simetría, deberían haberse aniquilado por completo. Pero algo salió mal: sobrevivió un diminuto exceso de materia. De él se formaron luego las estrellas, los planetas y nosotros mismos. Los físicos llaman a este desequilibrio asimetría bariónica.

Cuando dos núcleos atómicos chocan, nace una diminuta bola de fuego. Vive un instante, pero en su interior se suceden épocas enteras: compresión, calentamiento, expansión.

Todo comenzó con un estiramiento. En las primeras fracciones de segundo, el universo se infló —los físicos llaman a esto inflación. Luego, la expansión vertiginosa dio paso a una fase en la que la energía del campo se transformó en partículas ordinarias.

La luz de la etapa más caliente del universo ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años. Esta es la radiación cósmica de fondo: un débil resplandor que llena todo el cielo.

En las colisiones de protones en el Gran Colisionador de Hadrones, a veces no se produce un solo Higgs, sino dos a la vez. La frecuencia de estos eventos es una huella directa de cómo el campo de Higgs interactúa consigo mismo.

El universo temprano se asemejaba a un caldero recalentado en el que bullían las fluctuaciones cuánticas (estallidos aleatorios de energía). En ese caos, como el vapor sobre el agua hirviendo, se condensó un campo especial: el escalar. Este se convirtió en el "motor" que hizo que el espacio se expandiera a una velocidad increíble.

El primer instante de existencia del universo se asemeja a una cuerda tensa que recibe un golpe repentino. Vibró, y esas oscilaciones quedaron congeladas en forma de galaxias y vacíos. Pero los físicos sospechan que hubo otras vibraciones: rápidas, locales, casi como un redoble de tambor sobre una melodía lenta.

El universo temprano se asemeja a un resorte fuertemente comprimido. En los primeros instantes se expandió a una velocidad inimaginable: esta etapa se llama inflación.

En los primeros instantes, el universo se expandió a una velocidad enorme. Este proceso se llama inflación, y la fuerza motriz es el campo del inflatón. Su energía empujaba el espacio, como la levadura hace subir la masa. Pero los físicos sospechan que en la masa podrían haber quedado “burbujas”: partículas superpesadas nacidas de la propia expansión.

Una fábrica capaz de producir un millón de piezas por hora, por alguna razón, solo hace un centenar. Más o menos así se comporta nuestro universo si lo miramos a través del prisma de la entropía, esa medida del desorden que, según las leyes de la física, solo puede aumentar. Las principales "máquinas" de esta fábrica son los agujeros negros supermasivos.

Una fracción de segundo después del Big Bang, el universo era un caldo hirviente de partículas y antipartículas. Según todas las leyes, deberían haberse aniquilado mutuamente, dejando solo el vacío. Pero por una razón desconocida, por cada mil millones de pares, quedó una partícula de materia 'extra'.

Los primeros instantes después del Big Bang: el espacio se expande rápidamente — los físicos llaman a este período inflación. Dentro de este tejido en expansión, como burbujas de jabón en una corriente de aire, comienzan a formarse regiones de nuevo vacío — ocurre una transición de fase de primer orden.

Los primeros instantes después del Big Bang: el espacio se expande rápidamente — los físicos llaman a este período inflación. Dentro de este tejido en expansión, como burbujas de jabón en una corriente de aire, comienzan a formarse regiones de nuevo vacío — ocurre una transición de fase de primer orden.

El Universo resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

37 pares de galaxias de diferentes edades sirvieron como relojes. Sus manecillas — la diferencia en la edad de las estrellas — contaron qué tan rápido se expandía el universo en diferentes épocas. Con base en estas lecturas, los cosmólogos construyeron un detector de mentiras para la energía oscura.

17 supernovas de la muestra ZTF DR2 se encendieron antes de lo previsto. En las primeras horas y días después de la explosión, emitieron más luz de la que predicen los modelos estándar. Los astrónomos lo comparan con una mecha: antes de que el destello cegador desgarre el cielo, una lucecita precursora recorre las capas externas.

El espectrógrafo del JWST captó una sutil caída en el espectro de una lejana galaxia — dos líneas, como sombras dejadas por gas frío. Son las líneas del sodio, esa misma luz amarilla de las farolas urbanas. Aquí, en el borde del universo visible, revelan una pausada exhalación de la galaxia, que devuelve materia al cosmos.

Las ondas cósmicas comienzan con pequeños cúmulos. A los 380 000 años después del Big Bang, el universo era casi homogéneo: las variaciones de densidad eran solo de 1/100 000. Pero la gravedad convirtió esas débiles fluctuaciones en galaxias, cúmulos y enormes vacíos.

Una cacerola con pegamento muy espeso y caliente: así se veía aproximadamente el universo temprano. No era un pegamento cualquiera, sino una 'sopa de gluones': partículas que transmiten la interacción fuerte (gluones) que se movían libremente por el espacio.

El cazador de luz antigua, el telescopio James Webb, apuntó sus espejos a una diminuta porción del cielo y captó un faro extraño. El objeto, con el nombre provisional beacon_1420-$$5253_{4770}$$, brilló y se apagó.

En un mismo sistema estelar orbitan dos equipos de planetas. Unos se mueven en órbitas ordenadas, como patinadores en una pista, evitando choques. Otros se agrupan, sus trayectorias se cruzan y, tarde o temprano, ocurre un accidente cósmico: un impacto gigante.

2.1 × 10⁻⁹ es aproximadamente la variación de temperatura en el cielo, como si en la superficie del océano se midieran ondas de una fracción de milímetro de altura. Esta minúscula inhomogeneidad está grabada en el fondo cósmico de microondas y nos habla del origen mismo del tiempo.

Una fría superficie negra: así lucía durante miles de millones de años el mar de energía oscura, una sustancia invisible que impulsa la expansión del universo. Pero el espectrógrafo DESI detectó una ondulación casi imperceptible.

Hace 13,8 mil millones de años, el Universo giraba en un vals. El giro a la derecha estaba prohibido. Hoy, los ecos de ese baile cósmico nos llegan en forma de una ondulación casi imperceptible del espacio-tiempo: las ondas gravitacionales. Su existencia fue predicha por Albert Einstein.

El enigma del valle de los radios —una abrupta caída en el número de exoplanetas con un radio de ~1,8 radios terrestres— no deja en paz a los astrónomos.

En las profundidades del universo, cuando una estrella masiva colapsa en un agujero negro o nace un magnetar, se produce un estallido de rayos gamma que, por un instante, eclipsa a todas las estrellas del universo observable.

En febrero de 2023, el telescopio submarino KM3NeT, anclado a tres kilómetros de profundidad frente a las costas de Sicilia, registró un destello. Un único muón atravesó el detector, dejando una estela de energía de 220 petaelectronvoltios. Es como si un mosquito en pleno vuelo hubiera atravesado una pared de hormigón.

En el silencio de las frías nubes moleculares, donde el gas interestelar se comprime en densos grumos por la gravedad, el nacimiento de estrellas masivas es uno de los mayores enigmas de la astrofísica.

El telescopio James Webb miró hacia una época en la que el universo tenía menos de mil millones de años y vio objetos extraños: 'pequeños puntos rojos'. Son agujeros negros con masas de millones de soles, pero en galaxias muy compactas y químicamente casi intactas. Los escenarios estándar no logran hacer crecer tales pesos tan temprano.

Todo comienza con una cicatriz diminuta: un túnel delgado que conecta dos universos. En cosmología cuántica se discute desde hace tiempo que nuestro universo cerrado pudo nacer de la «nada» mediante tunelización (es decir, cuando un sistema atraviesa una barrera insuperable según las medidas ordinarias).

El universo temprano se expandió a una velocidad vertiginosa, una fase que llamamos inflación. Pero, ¿cómo lo hizo exactamente? Algunos modelos describen la expansión como un ascenso exponencial pronunciado; otros, como un movimiento más pausado de ley de potencias.