incertidumbre de la expansión cósmica

Una vieja esfera estelar, que ha reunido cientos de miles de soles, lleva miles de millones de años girando por las afueras de una galaxia enana. Según los cálculos, hace mucho que debería haberse desplomado hacia el centro, como una piedra pesada en un cuenco de gelatina. Pero la esfera se mantiene en su sitio, y ese hecho no deja dormir a los astrofísicos desde hace varias décadas.

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.

Seis corredores avanzan por la pista y los jueces miden su velocidad sin notar el viento a favor. El viento sopla a sus espaldas y los cronómetros marcan un resultado mejor que el real.

La luz del comienzo del universo ha viajado hacia nosotros durante 13,8 mil millones de años. Durante ese tiempo, su polarización —la dirección de sus oscilaciones— podría haber sufrido un giro, como la aguja de una brújula que alguien gira imperceptiblemente. Los físicos llaman a este fenómeno birrefringencia cósmica.

A los tres minutos del Big Bang, el universo tocaba su primera sinfonía. Era la Big Bang nucleosíntesis — la formación de núcleos ligeros, donde cada elemento sonaba con su nota, y el ritmo lo marcaba la expansión del espacio.

El debate cosmológico recuerda a dos maestros que miden la misma pared pero obtienen longitudes distintas. Uno usa una cinta métrica, aplicándola a puntos de referencia cercanos: las cefeidas (estrellas pulsantes que sirven de faros) y las supernovas de tipo Ia (explosiones de estrellas moribundas). Según él, la pared se estira a una velocidad de 73.5 unidades convencionales.

En cosmología se está gestando un drama: dos instrumentos musicales principales —la orquesta del universo temprano y el conjunto de cámara del cosmos actual— interpretan la misma sinfonía de expansión a diferentes ritmos.

Imagina una orquesta cósmica interpretando una sinfonía desde el Big Bang hasta nuestros días. El director —energía oscura— durante mucho tiempo pareció un metrónomo impasible: la constante cosmológica Λ inmóvil, como una batuta congelada en el aire.

El Universo es una orquesta que interpreta la sinfonía del Big Bang. Durante mucho tiempo, se consideró a la energía oscura como el director, un metrónomo inamovible que marcaba el ritmo de la expansión.

En el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de nosotros, se esconde un agujero negro con una masa de 6,5 mil millones de soles. En 2019, el telescopio Event Horizon Telescope (EHT) mostró por primera vez su retrato: una rosquilla naranja con un núcleo oscuro. Pero la rosquilla no es el abismo en sí.

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.

Un traductor no solo escucha las palabras, sino también la entonación, las pausas, el temblor de la voz. El análisis entrópico ordinario de las perturbaciones cósmicas se parece a un acta de reunión: registra los hechos, pero pierde los matices. La pseudoentropía entropía es una nueva herramienta que capta la "música" oculta del universo temprano.

Dos reglas muestran una longitud ligeramente distinta de la misma mesa. Así se ve aproximadamente la situación en cosmología con la constante de Hubble, el número que indica a qué velocidad se expande el universo.

La cosmología es la música de las esferas, y la constante de Hubble alguna vez nos pareció un metrónomo fiable. Pero los datos del instrumento DESI, que estudia espectros de millones de galaxias, sugieren: el director —la energía oscura— cambia personalmente el tempo a lo largo de la sinfonía.

La cosmología atraviesa una fractura tectónica. Las supernovas calibradas con cefeidas, medidas por el equipo de Adam Riess, indican una velocidad de unos 73 km/s por megapársec.

Imagina un globo inflable gigante con galaxias dibujadas: al inflarse, el dibujo se estira y los puntos vecinos se alejan entre sí. La velocidad de ese estiramiento es la constante de Hubble. Normalmente, los astrónomos captan la luz de estrellas lejanas y observan cuánto se ha enrojecido debido a la expansión del espacio.

En la cocina hay una báscula para harina y una jarra medidora para agua. Por separado son precisos, pero cuando horneas pan, la receta exige una proporción perfecta. Una disputa similar tienen los astrónomos sobre la velocidad de expansión del 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.

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.

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.

El Universo se expande, pero ¿a qué velocidad? Los astrónomos llevan décadas debatiendo el valor exacto de la constante de Hubble. Dos métodos clásicos arrojan resultados ligeramente distintos. Ahora ha surgido un tercero: las enigmáticas ráfagas de radio.

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.

Dos astrónomos observan el mismo universo, pero lo ven de manera diferente. Uno mide la velocidad de expansión mediante la luz antigua que ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años. El otro, mediante explosiones estelares recientes en galaxias vecinas.

El universo se parece a un océano donde olas de distintas longitudes rompen en la orilla. Las olas más largas son las inhomogeneidades gigantes en la distribución de la materia que vemos en la radiación de fondo. La teoría estándar dice que tales olas deberían existir en todas las escalas.

En el modelo cosmológico estándar ΛCDM, las galaxias se alejan bajo el empuje de la energía oscura, un resorte invisible.

El universo se expande, pero a qué velocidad es una pregunta que ha inquietado a los astrónomos durante décadas. Dos métodos de medición dan respuestas diferentes, y esta discrepancia se conoce como la tensión de Hubble. Unos observan el universo temprano a través de la radiación cósmica de fondo, otros miran supernovas cercanas y cefeidas.

El borde visible del Universo es una pantalla holográfica que, al igual que un agujero negro, obedece las leyes descubiertas por Bekenstein y Hawking. Normalmente, la información en él se conserva, pero los cálculos muestran que si se pierden unos pocos bits, se libera energía que acelera la expansión.

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.

Cuando Edwin Hubble descubrió la expansión del universo, y Vera Rubin la materia oscura, el marco de la cosmología parecía sólido.

La comunidad cosmológica lleva ya varios años inmersa en una especie de guerra civil silenciosa. Dos bandos miden la velocidad de expansión del universo y obtienen respuestas distintas. Planck, observando la radiación cósmica de fondo, dice: 67.4 km/s/Mpc.

En los primeros instantes después del Big Bang, el espacio se expandía a una velocidad increíble. Una diminuta ondulación cuántica, incrustada en el propio principio de incertidumbre, empujaba la materia con más fuerza que cualquier fuerza conocida. Esa ondulación es el principio de incertidumbre generalizado, o GUP.