densidad de materia

En la oscura cocina de la nube molecular de Tauro, a 450 años luz de nosotros, se preparan decenas de sistemas planetarios. Cada estrella joven es un chef, y su disco protoplanetario es la mesa cubierta de harina (polvo) y vapor (gas).

Una balanza que no pesa un cuerpo, sino el propio espacio que lo rodea. Así funcionan las ecuaciones de Einstein en la relatividad general: conectan la curvatura del espacio-tiempo con lo que hay en él. En el lado derecho de la ecuación —donde está la «materia»— se suele poner o bien la densidad de energía, o bien la presión.

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.

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 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 historia comenzó con la escasez de masa. En los años 1930, Fritz Zwicky, midiendo velocidades en cúmulos de galaxias, fue el primero en sospechar la presencia de materia invisible. Más tarde, Vera Rubin mostró que los bordes de las galaxias espirales giran demasiado rápido para la materia visible.

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 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.

Lanza una piedra a un estanque y verás ondas. Algo similar ocurre dentro de los cúmulos compactos de materia oscura cuando se encuentran en un medio especial: el campo escalar. Este campo, que lo impregna todo, puede amplificarse espontáneamente en el interior de estos objetos, como si las ondas en el agua se hicieran cada vez más altas y visibles.

Cuando una estrella masiva estrella agota su combustible, el colapso del núcleo puede generar una supernova y una estrella de neutrones, pero si la masa es suficiente, nada detiene la compresión: nace un agujero negro.

Recientemente, los astrónomos detectaron tres cometas interestelares que viajan desde las profundidades del espacio. Uno de ellos, el 3I/ATLAS, resultó ser sorprendentemente grande: su núcleo alcanza varios kilómetros de diámetro.

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.

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.

Dos cúmulos de galaxias chocaron como dos enjambres de abejas que se atraviesan mutuamente. Uno de ellos es el famoso «Bala». Tras la colisión, el gas caliente, que constituye la mayor parte de la materia ordinaria, frenó y quedó en el centro, mientras que las galaxias, como pequeñas piedras densas, continuaron su camino.

La densidad en el centro de una estrella de neutrones es tal que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Los físicos llevan mucho tiempo intentando entender cuán masiva puede ser una estrella así antes de colapsar en un agujero negro.

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.

Las imágenes de galaxias lejanas están salpicadas de arcos curvos y manchas: es la luz distorsionada en su camino hacia nosotros. El efecto, predicho por Albert Einstein, funciona como un espejo curvo gigante: un cúmulo masivo de galaxias distorsiona las imágenes de las fuentes de fondo.

La cocina donde se hornean estrellas funciona con una receta simple: cuanta más harina, más pasteles. Durante mucho tiempo, los astrónomos observaron una estricta relación entre la masa de una galaxia y la rapidez con la que en ella nacen estrellas, y la consideraron una regla independiente.

En una habitación de hospital hay +40°C, en otra +10°C, y en promedio tenemos +25°C. Si la temperatura influyera de forma no lineal en algo —por ejemplo, en la tasa de reproducción de las bacterias—, el valor promedio daría un pronóstico incorrecto.

Materia oscura, posiblemente no son partículas, sino agujeros negros de los tiempos del Big Bang.

En los años treinta, Pauli comprendió: sin unas diminutas partículas fantasmales, la energía de las estrellas no cuadraba. Así nacieron los neutrinos, viajeros intangibles que lo atraviesan todo.

El polvo en el espacio no es simplemente suciedad, sino materia prima para futuras estrellas y planetas. Pero cómo se distribuye en nuestra galaxia ha sido durante mucho tiempo un misterio: el polvo es difícil de medir directamente, ya que bloquea la luz de los astros lejanos.

Las galaxias son como cocinas gigantes donde, en los núcleos estelares, los átomos ligeros se comprimen en átomos pesados, como si de harina y agua se hiciera pan. Cuando una estrella muere, expulsa lo acumulado al gas interestelar, enriqueciéndolo con «especias»: oxígeno, carbono, hierro.