nucleosíntesis primordial

Un neutrón confinado en el núcleo se comporta de manera distinta a cuando está libre. Su nube de gluones, que mantiene unidos a los quarks, se comprime como un muelle bajo carga. Antes esto solo podía suponerse, pero ahora los físicos han observado el efecto directamente por primera vez.

Las baterías atómicas que funcionan con la desintegración del plutonio llevan más de sesenta años alimentando marcapasos y sondas espaciales. Pero hay poco material para ellas: en todo el mundo solo se producen unos pocos kilogramos de plutonio-238 al año, y apenas alcanza para las misiones más importantes.

Una peonza gira tan rápido que el aire a su alrededor comienza a moverse al unísono. Algo similar hace un agujero negro: si rota, puede transferir su energía a las partículas que se encuentren cerca. Este proceso se llama superradiancia — se parece a un eco en las montañas, pero en lugar de sonido, se crean nuevas partículas.

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.

Los primeros tres minutos después del nacimiento del mundo son una cocina cósmica donde la naturaleza preparaba los núcleos atómicos más ligeros. La receta la dicta la gravedad: controla el ritmo de enfriamiento del caldo caliente de partículas.

El enigma de la antimateria en el cosmos ha quitado el sueño a los astrofísicos: ¿de dónde vienen los positrones que se posan como copos de nieve en los detectores? La respuesta podría esconderse en el ubicuo fondo de rayos gamma. El Universo está empapado de luz difusa: el fondo fotónico cósmico (CPB).

En el centro de cada átomo hay un núcleo: una densa esfera de protones y neutrones. Estas partículas no se amontonan al azar, sino que llenan niveles de energía estrictos, como pisos en un rascacielos. Cuando un piso está completamente ocupado, el núcleo se vuelve especialmente estable: los físicos lo llaman número mágico. El más pesado de estos números en núcleos estables es 126 neutrones.

El telescopio James Webb miró hacia una época en la que el universo tenía menos de mil millones de años y vio objetos extraños: 'pequeños puntos rojos'. Son agujeros negros con masas de millones de soles, pero en galaxias muy compactas y químicamente casi intactas. Los escenarios estándar no logran hacer crecer tales pesos tan temprano.

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

El universo rebosa de lo invisible: alrededor del 85% de la materia no emite ni absorbe luz. A esta masa oculta, sospechada por primera vez por Vera Rubin a partir de la rotación anómalamente rápida de las galaxias, la llamamos materia oscura.

En el núcleo ardiente de una estrella, dos núcleos de helio se acercan como dos bailarines en un escenario abarrotado. Su danza es la dispersión alfa, la base de la combustión estelar de helio. De la fluidez de su giro depende la rapidez con que la estrella quema su combustible. Antes, esta danza se describía de forma simplificada.

El Universo está lleno de lo invisible. Sabemos de la materia oscura por la rotación de las galaxias y las lentes gravitacionales, pero su naturaleza se nos escapa desde hace un siglo.

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

El telescopio espacial James Webb se asomó a la época en que la expansión del universo estiró la luz de objetos lejanos hacia la región roja, y encontró un puñado de fuentes extrañas: los «pequeños puntos rojos».

El Universo es un cocinero genial, y el Big Bang es su receta perfecta. El hidrógeno subió esponjoso, el helio se fundió suave, pero el litio-7 parecía demasiado salado: la teoría predice tres veces más del que los astrónomos encuentran en las estrellas más antiguas.

Núcleos atómicos envueltos en esponjosos abrigos de electrones: con semejante ropa, no hay abrazo que valga. Pero cambia el abrigo ligero por uno pesado: el muón, una partícula del modelo estándar, comprime la nube casi 200 veces.

El té caliente en el congelador no se cubre de hielo de inmediato. Primero, diminutas agujas de hielo se agitan en él: aparecen y se derriten hasta que la temperatura baja lo suficiente para que el hielo se fije por completo. Más o menos así se comportaba el universo temprano cuando se enfriaba y cambiaba su estructura interna.

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.

Una esponja arrojada a un cubo de agua absorbe con avidez la humedad y se hincha ante nuestros ojos. Pero si se sigue añadiendo agua y la esponja se comprime y se suelta alternativamente, la absorción se vuelve más difícil y dura más. Algo así se comportaban los diminutos agujeros negros en los albores del universo.

Al principio, instantes después del Big Bang, el universo estaba organizado de forma ridículamente simétrica: había tantas partículas como antipartículas. Pero ocurrió un desequilibrio, diminuto como un grano de arena extra en un kilo de azúcar, y todo el mundo que conocemos —estrellas, planetas, personas— surgió de ese excedente.

En los primeros instantes después del Big Bang, el Universo era una sopa hirviente de partículas elementales. Incluso los ligeros neutrinos chocaban entonces activamente con todo lo que había.

Las estrellas decenas de veces más pesadas que nuestro Sol no mueren como se pensaba. Las simulaciones por computadora revelaron que su núcleo a menudo no detona como supernova, sino que colapsa rápidamente en un agujero negro.

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.

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.

El láser golpea un blanco de alambres delgados y, en decenas de femtosegundos (milmillonésimas de milmillonésima de segundo), arranca de ellos un flujo de protones. Estos protones entran en un convertidor de litio y deuterio, donde nacen los neutrones.

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 partículas casi esquivas: atraviesan planetas sin percatarse de los átomos. Por eso cada captura es un golpe de suerte. Hace poco, el detector submarino KM3NeT atrapó un neutrino con una energía millones de veces mayor que la que producen los aceleradores más potentes de la Tierra.

Chocar dos núcleos de plomo en el Gran Colisionador de Hadrones es como lanzarse mutuamente dos bolsas pesadas llenas de canicas. Normalmente las canicas salen disparadas en todas direcciones, pero a veces una bolsa pasa tan cerca que las canicas no chocan, solo se cruzan miradas.

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.

En los primeros minutos del Big Bang, el Universo preparó un cóctel de hidrógeno, helio y una pizca de litio.

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.

La masa leuda más rápido si ya contiene levadura. De manera similar, las galaxias pudieron formarse más rápido si ya contenían agujeros negros.

Cada vez que el deuterio y el tritio se fusionan en un reactor de fusión, sale un neutrón rápido. Puede transformar unas sustancias en otras, por ejemplo, crear isótopos valiosos para la medicina. Hoy en día, esos neutrones cuestan una fortuna, porque hay pocas instalaciones experimentales y funcionan con poca frecuencia.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo era un caldo caliente de partículas. Entre ellas podía haber neutrinos, partículas muy ligeras y casi imperceptibles. Algunos de ellos quizá eran «estériles»: apenas se relacionan con el resto de la materia, como un invitado silencioso en una fiesta ruidosa.

El hielo de un cometa se estrella contra la joven Tierra. La presión en el punto de impacto es como si seis portaaviones se apoyaran sobre la uña del pulgar. En el laboratorio, estas condiciones se reproducen comprimiendo una diminuta muestra entre dos yunques que giran en direcciones opuestas.

El helio de un globo es el mismo gas que lo hace elevarse. Pero mucho antes de los globos, el helio apareció en los primeros minutos después del Big Bang. Su cantidad exacta en el universo es como una huella dactilar: con ella se puede saber cuántos tipos de neutrinos (partículas fantasma que atraviesan las paredes) existen.

Diez microsegundos después del Big Bang, el universo parecía una olla de caldo hirviendo. En ella flotaban quarks y gluones, las partículas de las que luego se formarían protones y neutrones. El caldo se enfriaba y, en cierto momento, los quarks se agruparon en grumos: esos mismos protones y neutrones que componen toda la materia visible.

En los primeros minutos después del Big Bang, el Universo se parecía a una cocina ardiente. Sobre ella, según la «receta» del modelo estándar, debían cocinarse hidrógeno, helio y un poco de litio. Pero los telescopios ven tres veces menos litio del que dicta esa receta.

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.