parámetros cosmológicos

Una gota de tinta se dispersa en un vaso de agua: sus bordes se mueven más rápido que el centro y la forma de la gota cambia. De igual manera, un cúmulo de materia oscura que se contrae bajo su propia gravedad se expande de manera no uniforme: sus distintas capas se alejan a velocidades diferentes.

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.

Si uno mira fijamente por la ventana nocturna, tarde o temprano se topa con la negrura tras la cual no se ve nada. No es solo una valla lejana: es el borde del universo accesible, el horizonte cósmico. La luz de estrellas más distantes simplemente no ha tenido tiempo de llegarnos.

El modelo cosmológico estándar ΛCDM (que incluye energía oscura y materia oscura fría) es la partitura de una sinfonía cósmica. Describe cómo, tras el Big Bang, el espacio se expandió. Cómo se agrupó la materia oscura. Cómo se encendieron las galaxias.

El universo es un vasto y oscuro océano. Solo vemos la espuma brillante en su superficie: estrellas y galaxias. Pero en las profundidades se ocultan dos fuerzas invisibles: la materia oscura, que con su gravedad impide que las galaxias se dispersen, y la energía oscura, que, por el contrario, empuja el propio espacio, haciendo que el…

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 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.

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.

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.

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.

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.

La cosmología se parece a una orquesta en la que los distintos grupos de instrumentos de repente empezaron a tocar descoordinados. Las mediciones de la velocidad de expansión del universo (la constante de Hubble) basadas en el universo temprano y en el tardío arrojan números diferentes.

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.

El universo se parece a un enorme almacén donde hace mucho tiempo se realizó un inventario estricto. La radiación cósmica de fondo es una antigua lista de todo lo que existía 380 mil años después del Big Bang. Según ella, la proporción de materia en el 'presupuesto' total del cosmos (el parámetro Omega_m) se conoce con gran precisión.

En los años 1930, Fritz Zwicky fue el primero en notar que las galaxias en cúmulos se movían demasiado rápido — las sostenía algo invisible. Más tarde, Vera Rubin midió la rotación de galaxias espirales y confirmó que el cosmos está impregnado de materia oscura.

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.

Justo después del Big Bang, el espacio podría haber vibrado por efectos cuánticos, como una cuerda. Al calmarse, esas oscilaciones habrían dejado una marca en la separación de las galaxias — el efecto memoria. La búsqueda de ese eco en los datos de telescopios no dio nada.

Si enciendes una lámpara en una habitación, iluminará las paredes. Pero si pones la misma lámpara en un salón enorme, la luz apenas llegará a las esquinas. De manera similar, la radiación de las estrellas jóvenes actúa sobre el gas de una galaxia: arranca electrones de los átomos de hidrógeno, haciendo que el gas brille.

El universo obedece reglas estrictas, como jugadores en una mesa. Una de ellas: la gravedad siempre atrae y la energía no puede ser negativa.

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.

Un censo que solo registra la distancia entre casas pierde mucha información. Puede revelar dónde están las ciudades y dónde los pueblos, pero no distingue un rascacielos de una zona residencial.

Un enorme pastel de capas donde las capas de masa son el espacio y el relleno es una región especial, similar a una pared invisible. Esta pared no es de ladrillos, sino de energía, y podría tener el grosor de todo un universo. Si tal pared existiera, debería estirar las capas de masa de manera diferente: las que están a lo largo de ella se separarían más rápido, y las que están a través, más lento.

El café caliente sobre la mesa se enfría: el calor se extiende desde el centro caliente hacia los bordes. De manera similar, sugieren los autores, se comporta el propio universo, solo que a escalas de miles de millones de años luz.

El universo no tolera la monotonía. Hace un siglo, Edwin Hubble y Georges Lemaître nos regalaron una imagen elegante: un cosmos en expansión, liso como la superficie de un globo inflado.

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.

Un globo se infla, pero con cada pulsación de la bomba, la goma no solo se estira: también altera ligeramente su elasticidad. De manera similar funciona la gravedad en el nuevo modelo: no como un escenario rígido para el espectáculo cósmico, sino como un material vivo que responde a cada partícula de materia.

Una olla de sopa hirviendo que de repente empieza a enfriarse a toda velocidad: así se veía el universo unos minutos después del Big Bang. La temperatura caía y los protones y neutrones comenzaron a unirse para formar los primeros núcleos: hidrógeno, helio, deuterio y litio.

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.

Un globo se está inflando. Al principio se expande lentamente, luego alguien le añade aire de golpe y el globo se infla más rápido. Pero la corriente de aire se debilita y el globo vuelve a inflarse más despacio.

Cuando las primeras estrellas se encendieron, su luz ultravioleta comenzó a arrancar electrones de los átomos de hidrógeno. El universo pasó de ser una niebla neutra a convertirse en un plasma transparente.

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.

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.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

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.

El universo se expande, y los científicos quieren saber a qué velocidad y de qué está hecho. Para ello comparan datos de explosiones estelares lejanas, ondas sonoras del universo temprano y el débil resplandor que quedó tras el Big Bang. Cada conjunto de datos es como una pieza de un mosaico, y hay que unirlas para obtener el panorama completo.

Un programador escribe código, lo ejecuta, ve el error y lo corrige. Ahora, ese proceso se puede delegar en el propio programa. El aprendizaje profundo en imagenología médica ya sabe mejorar algoritmos, pero normalmente requiere muchos datos y ejemplos preparados.

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

El universo se expande y las galaxias se separan como pasas en una masa que leva. Pero desde finales de los años 1990 sabemos que esa expansión se está acelerando. ¿Qué fuerza empuja a las galaxias cada vez más rápido? Es uno de los grandes enigmas de la física. La llamamos energía oscura, y constituye alrededor del 70% de todo el contenido del cosmos.