campos magnéticos primordiales

La luz de la etapa más caliente del universo ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años. Esta es la radiación cósmica de fondo: un débil resplandor que llena todo el cielo.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo se expandió a una velocidad vertiginosa, una fase que llamamos inflación. Incluso el vacío estaba agitado: los empujones cuánticos mecían los campos como el viento agita las espigas en un campo.

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 resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

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 1981, Alan Guth propuso el escenario de la inflación cosmológica —una expansión vertiginosa del espacio que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Desde entonces, los cosmólogos, como arqueólogos, excavan este evento a través de las estructuras del Universo.

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 está lleno de invisible materia oscura. Así como una gota de agua al evaporarse deja un cristalito de sal, un agujero negro puede evaporarse y dejar tras de sí un diminuto residuo estable. Esta idea fue desarrollada por Stephen Hawking y Jacob Bekenstein.

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.

Los agujeros negros pueden ser ligeros, producto de estrellas moribundas, y supermasivos, en los núcleos de las galaxias. Faltaba el eslabón intermedio. El descubrimiento fue posible gracias a las ráfagas rápidas de radio, señales cósmicas que duran milisegundos pero que transportan una energía comparable a la que emite el Sol en días.

La luz antigua, que viaja desde hace 14 mil millones de años, nos llega de todas direcciones. A simple vista parece perfectamente uniforme, pero al mirar con atención emergen minúsculas fluctuaciones, como ondas en una película lisa. Esas ondas no son ruido aleatorio, sino una crónica cifrada del universo.

En el caldero ardiente del universo temprano, el vacío, como un líquido sobreenfriado, podía burbujear con una nueva fase. Durante mucho tiempo, los físicos depositaron sus esperanzas en estas burbujas como fuente de agujeros negros primordiales (ANP) — candidatos ideales a materia oscura.

Un puñado de monedas de cobre esparcidas sobre una red triangular se congela en un orden extraño cuando se les hace pasar corriente. Algo similar hacen las diminutas agujas magnéticas — los espines de los electrones — en un cristal con el raro nombre de Y-kapellasita.

Los cúmulos globulares son densos 'ovillos' de cientos de miles de estrellas que orbitan alrededor del centro de la Vía Láctea. Unos nacieron en nuestra galaxia; otros fueron capturados cuando la Vía Láctea absorbió galaxias enanas satélites.

Una enorme nube oscura de gas se extendía por el universo joven. En su interior, como dedos invisibles, se entrelazan las líneas de campo magnético que quedaron del mismo nacimiento del mundo. Estos campos actúan sobre las partículas cargadas, empujándolas unas hacia otras, como un viento suave que amontona las hojas caídas.

Un agujero negro diminuto, del tamaño de un núcleo atómico, flota en el caldo ardiente del universo temprano. Normalmente, una criatura tan pequeña debería evaporarse rápidamente, liberando energía como una gota de agua en una sartén caliente. Pero si el espacio es más complejo de lo que parece y contiene dimensiones ocultas, todo cambia.

En una gran nube de gas donde nacen las estrellas, las líneas de fuerza del campo magnético están alineadas aproximadamente en una misma dirección, como las fibras de un trozo de fieltro.

Ocho gigantes rojas —estrellas viejas e hinchadas, como será nuestro Sol en el futuro— se comportan de manera desconcertante. Su superficie oscila con regularidad, como una campana, pero en ese tañido se perciben fallos: algunos tonos desaparecen y el ritmo se rompe.

Alrededor de las estrellas jóvenes giran discos de gas y polvo: el material de construcción para futuros planetas. Dentro de estos discos, los granos de polvo no vuelan al azar: se alinean a lo largo de líneas invisibles por donde fluye el gas.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo no era un lugar vacío y silencioso, sino que estaba lleno de plasma caliente, partículas y campos magnéticos. Entre esas partículas, posiblemente había axiones, candidatos ligeros y casi invisibles a materia oscura.

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.

Justo después del Big Bang el Universo era como una sopa burbujeante: del vacío emergían y se hundían pares de partículas y antipartículas. Pero la brusca expansión — época descrita por Alan Guth y Andrei Linde — selló esa olla con una tapa.

El universo no nació en silencio. Las ondas gravitacionales primordiales —ondas en el espacio-tiempo— aún propagan el eco de aquel suceso. Se intenta escucharlo de dos maneras. Las 'notas' graves se captan en el resplandor del Big Bang, la luz emitida 380 000 años después.

Un láser potente impacta en un diminuto blanco, que al instante se convierte en una nube de gas incandescente: plasma. En esa nube nacen espontáneamente campos magnéticos. Actúan como manos invisibles que impiden que el calor escape libremente del centro caliente.

En las frías nubes de gas donde nacen las estrellas gigantes, todo hierve de movimiento. El gas se comprime, gira y se fragmenta en grumos: las futuras estrellas. Durante mucho tiempo se pensó que el campo magnético ponía orden aquí: como hilos invisibles, estiraba los grumos transversalmente. Pero nuevas observaciones han mostrado lo contrario.

En algún lugar sobre nuestras cabezas, cada segundo, un protón acelerado a energías millones de veces mayores que las del Gran Colisionador de Hadrones impacta contra la atmósfera. Golpea una molécula de aire y se genera una cascada: una extensa lluvia atmosférica de miles de partículas.

En los primeros instantes, el universo se parecía a una masa que a veces sube con rapidez y a veces se detiene por un segundo. En esos breves estirones —llamados expansión del universo con pausas— incluso los campos magnéticos diminutos pudieron crecer como burbujas en una masa bien batida.

En el fango del fondo de un estanque viven bacterias que llevan en su interior diminutas agujas magnéticas. Estas agujas son cadenas de cristales de magnetita y ayudan a las bacterias a nadar a lo largo del campo magnético terrestre, como la aguja de una brújula, en busca de mejores condiciones.

El universo temprano se parecía a una obra en construcción, donde en vez de levantar pisos lentamente se usaban bloques prefabricados. Esos bloques fueron los agujeros negros primordiales, nacidos en las primeras fracciones de segundo tras el Big Bang.

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

La fusión de agujeros negros genera una onda gravitacional. A veces, en el camino de la onda se interpone una galaxia o un grumo de materia oscura, predicha por Zwicky y descubierta por Rubin.

En una autopista, un flujo constante de coches a veces se convierte en un atasco debido a frenazos aleatorios. En el universo joven, la expansión general de las galaxias después del Big Bang se asemejaba a ese movimiento ordenado. Pero cada galaxia también realizaba sus propias maniobras: frenaba o aceleraba por la atracción de sus vecinas.

El universo está lleno de masa invisible — la materia oscura — que solo se manifiesta a través de la gravedad. Una de las hipótesis sugiere que la materia oscura está compuesta por agujeros negros primordiales, objetos formados en las condiciones extremas inmediatamente posteriores al Big Bang.

El universo tras el Big Bang era casi perfectamente homogéneo. Casi, porque las diminutas inhomogeneidades de densidad, estiradas por la inflación, se convirtieron en semillas de galaxias. Pero, ¿y si esas mismas inhomogeneidades pudieran dar origen no solo a estrellas, sino también a agujeros negros?

La noche del 4 de marzo de 2024. El radiotelescopio MeerKAT, en Sudáfrica, capta un pulso de milisegundos: un estallido rápido de radio que llega desde una distancia de 17.4 gigaparsecs. Es luz que ha viajado durante 10.5 mil millones de años hasta la Tierra.