energía oscura temprana

Una hoguera que no se apaga de inmediato, sino que arde en brasas durante horas porque la leña aún guarda el calor de la llama pasada. Así funciona aproximadamente el efecto memoria en los agujeros negros. Normalmente, un agujero negro diminuto, con una masa comparable a la de una montaña, debería evaporarse en fracciones de segundo, esparciendo partículas como chispas.

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.

Un agujero negro no es una aspiradora eterna. Pierde masa lentamente, emitiendo partículas como una piedra caliente que se enfría y cede calor. Este proceso, descubierto por Stephen Hawking, es apenas perceptible en agujeros grandes, pero en los diminutos — de masa comparable a una montaña — se convierte en una evaporación violenta.

En 1929, Edwin Hubble apuntó su telescopio a galaxias lejanas y descubrió que se alejan. Noventa años después, dos mediciones de la velocidad de esa expansión —una basada en la luz antigua y otra en estrellas cercanas— se niegan a coincidir. Una discrepancia del 9% no se puede achacar a errores.

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.

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 Universo se enfriaba como una bañera gigante después de un comienzo caliente. Unos 400 000 años después del Big Bang, el hidrógeno ya estaba listo para recombinarse — los protones atrapaban electrones para formar átomos neutros. Pero en algún lugar de esa agua oscura seguía goteando un grifo.

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.

Desde que Edwin Hubble descubrió la expansión de las galaxias, la ley de expansión del universo — ley de Hubble — sigue siendo la piedra angular de la cosmología.

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.

En un estudio reciente, los astrofísicos mostraron cómo la física anterior a la recombinación, en particular la energía oscura temprana, afecta la variación espectral $$α_s$$ y, en consecuencia, la viabilidad de los escenarios de formación de agujeros negros primordiales a partir de la fase de rodadura ultralenta (USR) durante la inflación.

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.

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.

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

¿La constante cosmológica de Einstein fue un error lamentable o una revelación que regresó como un bumerán? La aceleración del Universo tomó por sorpresa a los físicos: ΛCDM funciona, pero ¿por qué la energía del vacío es tan ridículamente pequeña?

Durante décadas, dos métodos independientes para medir la velocidad de expansión de las galaxias —la constante de Hubble— arrojaron cifras contradictorias. La situación recordaba a una habitación con dos termómetros que marcan temperaturas distintas.

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.

El origen del caliente Big Bang es uno de los mayores misterios. La imagen habitual: tras la inflación, el campo del inflatón transfiere energía a las partículas ordinarias, calentando el Universo. Pero la materia oscura y la energía oscura sugieren que la naturaleza tiene sectores ocultos.

Los agujeros negros pierden masa, como el agua de un cubo al sol: esa evaporación fue descubierta por Stephen Hawking.

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 expansión del universo, descubierta por Edwin Hubble, nos brindó una imagen del cosmos joven, pero con ella, preguntas difíciles.

Un agujero negro acústico es un flujo de fluido más rápido que el sonido, de modo que las ondas sonoras no pueden escapar. El horizonte —la superficie donde la velocidad del flujo alcanza la velocidad del sonido— genera pares de fonones: cuantos de sonido, uno de los cuales escapa y el otro cae hacia adentro.

El herrero forja una espada. Con cada golpe de martillo, el metal incandescente se aplana, pero también el martillo, el yunque y el aire circundante se calientan ligeramente. Parte de la energía del golpe se pierde irremediablemente en forma de calor — y este intercambio, familiar para cualquiera que haya clavado un clavo, resulta ser la clave de los mayores misterios del cosmos.

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.

El universo se expande, y en su historia hay dos episodios sorprendentes que aún no encajan en el panorama simple. El primero es un período corto en su juventud, cuando todo se dispersaba más rápido de lo esperado, como si alguien hubiera pisado el acelerador. El segundo es la aceleración actual, como si el mismo pedal estuviera pisado de nuevo, pero con más suavidad.

Un péndulo oscila en un jarabe espeso. En los primeros instantes se mueve rápido, pero el jarabe lo frena, y luego de repente se vuelve más líquido — y el péndulo vuelve a acelerarse. Algo parecido pudo ocurrir con nuestro universo.

Un agujero negro diminuto, no más grande que un núcleo atómico, flota en una nube de hidrógeno. No engulle todo lo que lo rodea, sino que se desangra lentamente en radiación, adelgazando a cada instante. Así, una olla en el fuego no hierve de inmediato: primero corren burbujas por el fondo, luego el agua burbujea cada vez más fuerte.

Un reflector ilumina una sala oscura. Entre la lámpara y la pared flota una lente invisible, y el punto de luz se vuelve más brillante por un instante, se desplaza ligeramente. Esto es exactamente lo que el telescopio DECam, apuntando a la Gran Nube de Magallanes, la galaxia satélite de nuestra Vía Láctea, estuvo buscando durante cinco noches consecutivas.

Un terrón de azúcar pesa alrededor de un gramo. Pero un agujero negro capaz de esconderse en un terrón así pesaría como una pequeña montaña: miles de millones de toneladas. Pero incluso esos diminutos, nacidos en los primeros instantes después del Big Bang, en teoría se han desvanecido hace tiempo.

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.

Un agujero negro diminuto, del tamaño de un núcleo atómico pero con la masa de una montaña, surgió en los primeros instantes tras el Big Bang, cuando cúmulos aleatorios de energía colapsaron en tales objetos.

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.

Justo después del Big Bang, el Universo se expandió increíblemente rápido — esta etapa se llama inflación. En algunas regiones microscópicas, la materia se condensó aleatoriamente hasta el punto de colapsar en agujeros negros primordiales. Son diminutos — del tamaño de un protón, pero masivos — como un iceberg.

Un estanque cuyas aguas se agitan en círculos al caer una piedra. Así, a escala del universo: una repentina emisión de energía en el sector oscuro —esa sustancia invisible que no emite luz— genera ondas en el tejido del espacio. Esas ondas alteran el camino de las partículas de luz que viajan hacia nosotros desde el mismísimo nacimiento del cosmos.

Los detectores de ondas gravitacionales captan un zumbido de baja frecuencia, parecido al sonido de una cascada lejana. El telescopio Webb encuentra en el universo temprano galaxias con agujeros negros que parecen demasiado masivos para su corta edad.

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 agujero negro diminuto, del tamaño de un átomo pero tan masivo como una montaña. No nació de una estrella, sino en los primeros instantes después del Big Bang, y durante todo ese tiempo ha ido perdiendo masa silenciosamente, emitiendo calor.

La disputa cosmológica recuerda a dos maestros que miden la misma habitación con cintas métricas diferentes. Uno, mirando galaxias lejanas, obtiene un número. El otro, examinando el resplandor antiguo —la radiación relicta, la luz enfriada del Big Bang—, obtiene otro, más pequeño. Esta discrepancia se llama tensión de Hubble.