cuerda cósmica

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se enfrió de manera desigual. En algunos lugares pudieron formarse pliegues: hilos de energía increíblemente densos, finos como un cabello. Los físicos los llaman cuerdas cósmicas. Oscilan, chocan entre sí y emiten ondas gravitacionales: el temblor del propio espacio.

En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, el universo fue un escenario de cambios vertiginosos. Una lámina de goma estirada que se enfría rápidamente se cubre de microgrietas. Un proceso similar a escala cósmica pudo dar origen a las cuerdas cósmicas: hebras de energía finísimas pero superdensas que se extendían por todo el universo.

El universo temprano se parecía a un océano que se enfriaba rápidamente. A temperaturas colosales, todo era uno: quarks, electrones, interacciones se fundían en un 'vapor' simétrico. Pero a medida que se expandía y enfriaba, ese vapor se condensaba, y las transiciones de fase se sucedían como el agua que se convierte en hielo.

Si pulsas una cuerda de guitarra, vibrará y se apagará rápido. Ahora imagina una cuerda cósmica: un hilo finísimo de energía pura, remanente del Big Bang, un billón de veces más delgado que un átomo y más denso que una estrella de neutrones. Si la golpeas, podría cantar durante miles de millones de años.

En matemáticas existe un tamiz que no cierne polvo, sino el infinito mismo. Se llama Q-espacio: aquí cualquier conjunto resulta ser un conjunto Gδ — intersección contable de abiertos, como tamizado a través de una red de malla increíblemente fina.

Un objeto no puede ser un punto. Al menos, en la gravedad de Einstein. Las ecuaciones de la relatividad general exigen que la fuente del campo — la materia — esté distribuida en el espacio, no concentrada en un volumen infinitamente pequeño.

El caldo ardiente del Universo temprano se enfrió de manera desigual. En algún momento, comenzaron a formarse burbujas de una nueva fase, como burbujas de vapor en agua hirviendo. Pero estas burbujas no eran de vapor, sino de un nuevo estado de la materia en el que las partículas del sector oscuro se agrupaban en grumos más grandes. Así pudo nacer la materia oscura.

En el plasma ardiente del Universo recién nacido, justo después de la expansión inflacionaria ideada por Alan Guth, reinaba la era de dominación cinética.

El universo temprano era un lugar turbulento. El espacio vibraba con ondas gravitacionales, ondas en el propio tejido del cosmos. En ese crisol burbujeante, se cree que nació la materia oscura. Pero las partículas recién nacidas no tenían masa; había que obtenerla de algún lugar. Normalmente, el campo de Higgs es el responsable de la masa.

Todo comenzó no con el vacío, sino con un océano de plasma hirviendo. En este caldo primigenio, las ondas sonoras corrían a través de la materia ardiente, chocaban y la compactaban. A veces, un grumo se volvía tan denso que la luz ya no podía escapar, y directamente del gas incandescente nacía un agujero negro primordial.

En el universo temprano pudieron nacer diminutos agujeros negros: con masa de una montaña, pero del tamaño de un núcleo atómico. Hoy podrían servir como fábricas de materia oscura. Hay dos mecanismos: la evaporación habitual (radiación de Hawking) y la menos conocida superradiancia.

La gravedad normal es como una goma blanda. Una estrella masiva, al morir, la hunde tanto que se forma un agujero negro — una trampa de la que no sale nada, ni siquiera la luz. El físico Roger Penrose sugirió que la naturaleza siempre esconde el núcleo en esta «censura cósmica».

El Universo se comporta como una burbuja de jabón que se infla en una espuma multidimensional. El modelo de la burbuja oscura explica por qué se expande cada vez más rápido: la burbuja del espacio-tiempo crece y su membrana adquiere un grosor diminuto, de aproximadamente una micra, como el de una bacteria.

Un agujero negro no es solo una aspiradora cósmica. Es una región con una gravedad tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar. Pero si lo colocamos en un fluido ideal de materia oscura y le añadimos una nube de cuerdas —finos hilos tensados a lo largo de todo el espacio—, el panorama se complica.

Justo después del Big Bang, en el caldero burbujeante del universo en enfriamiento, como en un vidrio que se solidifica de forma desigual, surgieron tensiones: las más finas grietas de la realidad, las cuerdas cósmicas.

Una cuerda cósmica que fue pulsada en el momento del Big Bang no solo zumba en una sola nota: por ella corren ondas y, de vez en cuando, se desprenden diminutos bucles. Estos bucles, como diapasones, comienzan a vibrar en su propia frecuencia, produciendo un sonido muy agudo.

Un cristal es como una formación de soldados en la plaza: cada átomo en su lugar y los electrones marchan en ondas regulares. Un material amorfo es como una multitud en una estación de tren, donde no hay ningún orden, solo un amontonamiento. En esa multitud, un electrón normalmente se atasca rápido, como una persona que intenta abrirse paso entre una masa densa de gente.

El enigma de la materia oscura, observada por primera vez en los remolinos estelares por Vera Rubin, ha atormentado a la física durante casi un siglo. Una de las hipótesis más audaces son los agujeros negros primordiales, nacidos en el caldo hirviente del universo primitivo.

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.

Un imán acercado a un puñado de limaduras de hierro las alinea a lo largo de líneas invisibles: así el campo rodea el imán de polo a polo. De manera similar se puede visualizar la gravedad alrededor de cuerpos masivos: solo que en lugar de limaduras está el propio espacio, y en lugar de un imán, una estrella o un agujero negro.

El espacio-tiempo a veces se parece a una hoja de papel en la que se puede hacer un agujero y unir los bordes con un tubo corto: se obtiene un agujero de gusano. En los modelos matemáticos más simples de estos agujeros aparecen campos escalares sin masa, algo así como una niebla invisible que lo llena todo.

Cuando una sopa caliente se enfría, aparecen grumos en la superficie; de manera similar, el universo temprano, al enfriarse, generaba filamentos de energía: las cuerdas cósmicas. Algunas se asemejan a una goma elástica tensada: mientras está intacta, es estable. Pero si cortas la goma, se rompe.

Un imán con un solo polo, el norte sin el sur, no es un fragmento, sino una partícula independiente. Se la llama monopolo magnético (portador de una única carga magnética). El nacimiento de tales huéspedes es posible en el universo temprano, cuando las fuerzas apenas se separaban.

Después del Big Bang, el universo se asemejaba a un globo fuertemente inflado: la presión impedía que la materia se comprimiera en grumos. Pero las hipotéticas partículas superpesadas — una especie de «pesos pesados» del micromundo — volvían el globo menos elástico por un instante.

Las gotas de un grifo mal cerrado marcan un ritmo claro. Un ritmo similar, pero a escala cósmica, han descubierto los astrofísicos: la formación de agujeros negros primordiales —objetos diminutos nacidos en los primeros instantes tras el Big Bang— tampoco es caótica, sino estrictamente acompasada.

Un enorme remolino gira a gran velocidad. Si lanzas una cuerda dentro, fijando un extremo en el borde y dejando el otro fuera, el remolino comenzará a enrollar la cuerda sobre sí mismo, haciéndola girar. Algo así se comporta una cuerda cósmica cerca de un agujero negro en rotación.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el cosmos se asemejaba a un estanque gigante que se enfría. Así como el agua, al congelarse, se cubre de una red de grietas, el universo en enfriamiento también pudo agrietarse, pero no con hielo, sino con hilos finísimos de energía pura. Estos hilos se denominan cuerdas cósmicas.

Entre 2016 y 2018, en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, los protones chocaron con una energía de 13 teraelectronvoltios, como si dos guisantes se aceleraran hasta velocidades en las que su impacto engendra un enjambre de nuevas partículas.

El Universo es una telaraña gigantesca de materia oscura invisible y galaxias, estirada por la expansión del espacio. Los neutrinos — partículas fantasmales casi imperceptibles — apenas se adhieren a los hilos, pero su masa total cambia sutilmente la tensión de toda la red.

El telescopio espacial James Webb detectó en el universo primitivo objetos rojos diminutos pero anormalmente brillantes. Su luz supera en cientos de veces lo esperado para las galaxias típicas de esa época.

Los agujeros negros son famosos por su característica silueta oscura sobre un fondo brillante. En realidad no es una sombra, sino luz fuertemente curvada que rodea al objeto. Sin embargo, en el cosmos existen sus dobles: cuerpos superdensos sin horizonte de eventos, que también distorsionan la luz, pero a su manera. Esas distorsiones pueden revelar el engaño.

El Big Bang fue como un trueno cósmico que hizo vibrar el tejido del espacio. Estas vibraciones — ondas gravitacionales — aún resuenan por el Universo, como un eco de aquel lejano evento. Cuanto más fuerte fue la 'explosión' original, más agujeros negros primordiales deberían haberse formado.

Según teorías que van más allá del Modelo Estándar, en los primeros instantes tras el Big Bang surgían pares de monopolos magnéticos — partículas con un único polo magnético. Estos quedaban en los extremos de una cuerda cósmica: un filamento de energía pura.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, el agujero recién nacido debería tañer como una campana, emitiendo ondas gravitacionales —ondulaciones del espacio—. Sin embargo, antes del tañido puede producirse un silencio: el agujero negro cae en una trampa fantasmal, como si una mano invisible apretara el badajo de la campana.

El Universo puede comportarse como un resorte: comprimirse hasta tamaños microscópicos y luego expandirse de nuevo. En este ciclo de compresión y rebote nacen los agujeros negros y la materia oscura.

Un agujero negro en rotación es un remolino cósmico que atrapa todo lo que lo rodea. Algunos de estos agujeros tienen hilos invisibles que se extienden desde el horizonte de sucesos, como los radios de una rueda. Los científicos han debatido durante mucho tiempo qué son estos hilos y si se pueden ver.

En el centro de la galaxia NGC 1600, a 200 millones de años luz de nosotros, los astrónomos notaron un denso cúmulo de estrellas. Parecía un nudo brillante sobre el resplandor difuso, y fue inesperado.

Una cascada no pregunta si estás listo para saltar. Su corriente se acelera y, en cierto punto, ni siquiera la luz puede escapar. El agujero negro de McVittie es una cascada así, pero no en un río común, sino en un universo en expansión: aquí el agua es el propio espacio, que se estira continuamente, alejando las galaxias unas de otras.

El universo se expande cada vez más rápido, y la explicación estándar es una constante cosmológica positiva, es decir, un vacío de Sitter. La teoría de cuerdas, que aspira a ser la gravedad cuántica, debería poder describir ese vacío, pero tras décadas de esfuerzo no ha aparecido ninguna construcción sólida.