medición de distancias cósmicas

El modelo estándar cosmológico se parece a una receta de pastel donde todo está estrictamente medido: la materia oscura es como harina sin grumos (presión cero), y la energía oscura es como un levadura perfecta (ecuación de estado estrictamente menos uno). Pero, ¿y si la harina está un poco húmeda y la levadura se ha vencido?

Una onda gravitacional de la fusión de agujeros negros es como el tañido de una campana en la noche. Por la fuerza del sonido se puede saber lo lejos que está la fuente.

Medir distancias en el universo no es tarea fácil. Casi todos los métodos se basan en la luz, que en su camino hacia nosotros puede ser absorbida por el polvo, dispersarse o distorsionarse. Es como intentar divisar un faro lejano a través de la niebla y la bruma. Los neutrinos son harina de otro costal. Estas partículas fantasma atraviesan cualquier cosa sin inmutarse.

El amanecer cósmico está oculto tras un denso velo de tiempo. Para mirar a través de él, hay que captar la señal de radio de las nubes de hidrógeno neutro: la famosa señal global de 21 cm de longitud de onda. Pero es tan débil que el propio ruido del receptor la ahoga.

En 1998, los físicos sorprendieron a los neutrinos en plena acción: la partícula cambia de tipo sobre la marcha. Esto solo es posible si tiene masa. Se convirtió en la única prueba de laboratorio de física más allá del modelo estándar. Pero cuánto pesa exactamente un neutrino sigue siendo un misterio.

La cosmología se ha metido en un buen lío. Las dos principales formas de mirar al pasado del universo —la radiación temprana (la radiación cósmica de fondo) y los objetos más tardíos como las supernovas— arrojan números diferentes tanto para la velocidad de expansión (la constante de Hubble) como para lo 'grumosa' que está distribuida la materia.

Una estrella de neutrones es el núcleo que fue de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su materia pesa como una montaña. Pero dentro de esta esfera ultradensa puede esconderse una sorpresa: bajo una presión inimaginable, los neutrones se descomponen en quarks y la estrella adquiere un núcleo nuevo, más compacto.

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.

Predichas por Albert Einstein, las ondas gravitacionales son faros en el oscuro océano del cosmos. Brotan cuando chocan agujeros negros y atraviesan el Universo con ondas en el espacio.

Un reflector te da de lleno en los ojos y, a un par de pasos, parpadea una luciérnaga diminuta. Así se ve la caza de un planeta similar a la Tierra alrededor de una estrella vecina: el planeta es de cien millones a diez mil millones de veces más tenue que su estrella, y en el cielo casi se funden en un solo punto.

La cosmología moderna ha caído en una disonancia. Las mediciones locales de la constante de Hubble basadas en supernovas y cefeidas arrojan alrededor de 73 km/s/Mpc, mientras que las restricciones globales del fondo cósmico de microondas dentro del modelo estándar ΛCDM indican 67 km/s/Mpc.

En el bulbo galáctico, donde la luz de miles de millones de estrellas se funde en un resplandor continuo, cuatro gigantes fríos pasaron desapercibidos. No se pueden ver con telescopio: demasiado lejos, demasiado tenues.

La orquesta cosmológica no se afina con un solo diapasón. Hay dos grupos de instrumentos: unos escuchan el zumbido del Universo primitivo — la radiación de fondo, otros leen las notas de galaxias maduras y supernovas.

A finales de los años 1990, el cielo estrellado nos dio una sorpresa: Saul Perlmutter y Adam Riess descubrieron que la expansión del Universo se acelera.

El Universo es una inmensa orquesta que interpreta la partitura de la expansión. Las galaxias se alejan al compás de una música inaudible de energía oscura.

El universo se parece a un bosque denso: de cerca se ven árboles-galaxia individuales, agrupados en arboledas, pero desde lejos todo se funde en un verde continuo. El límite a partir del cual el cosmos se vuelve homogéneo se llama escala angular de homogeneidad: es el tamaño de la porción de cielo a partir de la cual las galaxias se distribuyen uniformemente.

Durante mucho tiempo, la energía oscura — esa fuerza misteriosa que impulsa la expansión del Universo — se consideró eterna e inmutable, como una levadura que nunca pierde su poder. Pero no se lograba explicar esa constancia mediante las leyes del micromundo, y los científicos comenzaron a sospechar que esta «levadura» podría estar perdiendo fuerza.

Inflas un globo. Al principio se expande rápido, luego más lento, y de repente vuelve a acelerarse, como si alguien le diera más aire con la bomba. Eso es, precisamente, lo que parece estar ocurriendo con nuestro universo.

Dos relojes marcan horas distintas. Uno está en nuestra mesa; el otro, en el pasado remoto, en la luz que quedó tras el Big Bang.

El universo está estructurado como una esponja: tiene regiones densas, repletas de galaxias y gas, y poros gigantes — los vacíos cósmicos. Estos vacíos ocupan la mayor parte del espacio, pero su contenido seguía siendo un misterio — la materia allí casi no se manifiesta.

Edwin Hubble y Georges Lemaître descubrieron la expansión del Universo hace casi un siglo.

Los neutrinos son las partículas con masa más abundantes del universo. Atraviesan nuestro cuerpo por billones cada segundo, pero apenas dejan rastro. Su atracción gravitatoria conjunta, aunque ínfima, puede influir en el movimiento de galaxias enteras.

El universo lleva la cuenta de cada astro recién nacido. En 13,8 mil millones de años, en las galaxias se han encendido tantas estrellas que por su «censo» se puede deducir el carácter del propio cosmos, igual que por los anillos anuales de un árbol se deduce el clima de años pasados.

Si tomas dos bolas pesadas y las separas un metro, se atraen con una fuerza que se debilita cuatro veces al duplicar la distancia. Esta ley la descubrió Newton y funciona en una habitación, en el sistema solar, en una galaxia.

La explosión de una estrella masiva es un evento brillante pero breve. La llamarada en sí dura semanas, pero el polvo que calienta a su alrededor sigue brillando en infrarrojo durante años.

Los cosmólogos han medido la velocidad a la que se alejan las galaxias lejanas en diferentes rincones del cielo. Para ello, utilizaron dos tipos de "reglas cósmicas": cúmulos de galaxias y explosiones de supernovas de un tipo específico. Ambos métodos mostraron lo mismo: en una dirección, el universo se expande un poco más rápido que en la opuesta.

Si el espacio es un lienzo, las pinceladas no pueden ser infinitamente finas. Existe un segmento mínimo, más corto del cual no tiene sentido medir. Esta «granulosidad» cuántica cambia la geometría misma: el movimiento de las galaxias y el crecimiento de grandes estructuras reflejan su influencia.

Cuando una estrella masiva explota, sus restos se dispersan como fragmentos de fuegos artificiales. Pero, ¿cómo saber a qué distancia de nosotros ocurrió tal explosión? Los astrónomos han encontrado un método: observan las nubes de gas con las que chocan estos restos. La idea es simple.

La luz de una estrella lejana tarda miles de millones de años en llegarnos, y durante ese tiempo el universo tiene tiempo de expandirse. ¿Cómo comprobar que entendemos correctamente ese viaje?

La luz de una farola, al atravesar las persianas, parpadea: las rendijas se mueven y el brillo sube y baja. Por ese ritmo se puede deducir cuán ancha es la propia farola. Más o menos así funciona el nuevo método para medir estrellas: en lugar de capturar una imagen nítida, los astrónomos siguen el «parpadeo» de la luz recogida por dos o más telescopios a la vez.

Medir la expansión del universo es como cronometrar una carrera mientras la pista se estira. Las fusiones de estrellas de neutrones actúan como sirenas estándar: sus ondas gravitacionales resuenan con un «volumen» conocido, así que las señales más débiles implican mayor distancia.

La luz de galaxias galaxias lejanas, al atravesar cúmulos de materia, se distorsiona, como el fondo de una piscina se fragmenta con las ondas del agua. Los astrónomos miden estas curvaturas apenas perceptibles de la forma y obtienen un mapa de las «ondulaciones» gravitacionales.

El universo es un pastel que se prepara con una sola receta, pero la cucharilla y la báscula de cocina insisten en mostrar cantidades diferentes de azúcar. Lo mismo pasa con la expansión del universo: las mediciones basadas en estrellas cercanas (la cuchara) dan un valor, y las del resplandor antiguo del Big Bang (la báscula) dan otro completamente distinto.

Dos métodos para medir la velocidad de expansión del Universo ofrecen una imagen contradictoria.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas que llegan a nosotros desde las profundidades de la Galaxia. Si trazamos una gráfica de cuántas partículas llegan con cada energía, la línea avanza recta y de repente cae bruscamente. Estos quiebres se llaman 'rodillas'.