reionización

Una película transparente de óxido de bismuto y wolframio reposa sobre un sustrato sin conducir la corriente. Tres minutos en una nube de plasma de nitrógeno bastan para que se vuelva negra y su resistencia caiga mil millones de veces.

Imagina que miras una cordillera lejana a través de la niebla matutina. Los contornos de los picos se ven borrosos, y si la niebla no es uniforme, algunas laderas se pierden más que otras. Así es como los astrónomos ven la luz antigua del universo, que ha viajado hasta nosotros durante 13,8 mil millones de años.

En una galaxia lejana, la luz del gas incandescente debería revelar su composición. El telescopio James Webb descompuso esa luz en un espectro, y los astrónomos vieron que las líneas de oxígeno eran demasiado débiles.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Una estrella de neutrones comprime la masa del Sol en una esfera del tamaño de una ciudad, y la materia de su núcleo es más densa que el núcleo atómico. Los físicos no pueden comprobar en el laboratorio cómo está hecha: no se puede generar la presión necesaria.

Cuando un rayo láser incide en un gas, arranca electrones de los átomos y los acelera hasta casi la velocidad de la luz. Estos electrones, al atravesar el plasma, emiten rayos X, como una estela luminosa dejada por una partícula veloz.

En las oscuras nubes interestelares donde nacen nuevas estrellas, la química comienza con una partícula diminuta: el ion trihidrógeno (H₃⁺). Choca con otros átomos y desencadena una cascada de reacciones que construyen moléculas cada vez más complejas. Durante mucho tiempo se pensó que la reacción principal que lo produce —la colisión de H₂⁺ con H₂— solo ocurría en la fase gaseosa.

En las oscuras nubes interestelares donde nacen nuevas estrellas, la química comienza con una partícula diminuta: el ion trihidrógeno (H₃⁺). Choca con otros átomos y desencadena una cascada de reacciones que construyen moléculas cada vez más complejas. Durante mucho tiempo se pensó que la reacción principal que lo produce —la colisión de H₂⁺ con H₂— solo ocurría en la fase gaseosa.

Los cosmólogos se enfrentan a una situación curiosa: dos herramientas fiables dibujan mapas ligeramente diferentes del mismo universo. Una herramienta es el mapa de la luz antigua (la radiación cósmica de fondo), y la otra, el mapa de la distribución de galaxias. En líneas generales coinciden, pero en los detalles discrepan.

El universo temprano se asemeja a un resorte fuertemente comprimido. En los primeros instantes se expandió a una velocidad inimaginable: esta etapa se llama inflación.

El Universo justo después del Big Bang parecía un caldero hirviente: por doquier estallaban y crecían burbujas de un nuevo estado de la materia. Eran transiciones de fase de primer orden, exactamente como la ebullición del agua. Solo que la temperatura alcanzaba billones de grados.

La luz del cuásar J0744+2052 viajó hacia nosotros durante casi 12 mil millones de años. En su camino, atravesó nubes de hidrógeno que absorbieron líneas específicas del espectro, como un peine que va filtrando frecuencias finas. Los astrónomos llaman a este patrón bosque de Lyman-alfa.

La luz del cuásar J0744+2052 viajó hacia nosotros durante casi 12 mil millones de años. En su camino, atravesó nubes de hidrógeno que absorbieron líneas específicas del espectro, como un peine que va filtrando frecuencias finas. Los astrónomos llaman a este patrón bosque de Lyman-alfa.

Trece mil millones de años la luz viajó a través del vacío cósmico. Eludió galaxia masivas que, como predijo Einstein, actuaban como lentes gigantes — amplificando y distorsionando el resplandor lejano. En 2023, el instrumento NIRSpec del James Webb capturó esa luz y la descompuso en espectros.

Una cascada que no se calienta al caer, sino que se congela: así se comporta el gas que fluye hacia una estrella de neutrones en un púlsar de rayos X cuando la estrella brilla débilmente. Normalmente, la materia que cae se calienta hasta el blanco, pero un nuevo estudio muestra lo contrario.

Desde que Saul Perlmutter y sus colegas descubrieron la expansión acelerada del universo, los físicos se devanan los sesos con la naturaleza de la energía oscura.

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 los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. Como un globo que se infla no de manera uniforme, sino con pequeñas pulsaciones, se estiró miles de millones de veces en una fracción insignificante de segundo. Esas pulsaciones quedaron congeladas como ondulaciones de densidad.

La radiación de fondo no es sólo un tenue resplandor con una temperatura de 2,7 K. Es una fotografía del universo 380 000 años después del Big Bang, cuando el plasma primordial finalmente se volvió transparente a la luz. Pero para los físicos teóricos es mucho más interesante lo que ocurrió antes.

En un campo de visión del tamaño de un grano de arena sostenido cerca del ojo, se esconden cientos de galaxias, difuminadas en arcos por la acción del cúmulo masivo Abell S1063.

En el centro de casi todas las grandes galaxias se esconde un agujero negro supermasivo, cuyo abismo gravitacional fue descrito matemáticamente por primera vez por Karl Schwarzschild. Cuando engulle gas, nace un núcleo activo deslumbrante: un cuásar.

Justo después del Big Bang, el universo era un desierto químico: solo hidrógeno y helio, ni rastro de metales. Pero pasaron instantes (en términos cósmicos) y comenzó el nacimiento de las primeras estrellas, la población III.

El gigantesco cúmulo de galaxias Abell S1063, situado a 4 mil millones de años luz, funciona no solo como una lente, sino como un pozo gravitacional del tiempo.

Como un reflector: de lado brilla con un rojo tenue, pero de frente deslumbra con un blanco azulado. Así lucen los misteriosos «pequeños puntos rojos» del universo temprano: son gigantescos agujeros negros orientados de canto hacia nosotros.

El universo temprano experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. En fracciones diminutas de segundo, las pequeñas fluctuaciones cuánticas se estiraron hasta alcanzar el tamaño de galaxias y se convirtieron en los gérmenes de toda la estructura a gran escala.

Justo después del Big Bang, el cosmos era un plasma caliente: una mezcla de partículas cargadas y luz. En ese medio, las corrientes eléctricas no podían fluir por sí solas: se necesitaba una «diferencia de potencial» que empujara a los electrones respecto a los fotones.

El universo a los 700 millones de años es una obra ruidosa donde apenas empiezan a encenderse las primeras luces. Los telescopios captaron una señal de esa época lejana: la galaxia REBELS-25, masiva y repleta de combustible estelar.

La luz más antigua del universo viaja hacia nosotros desde hace casi 14 mil millones de años. Nació cuando el cosmos apenas se volvió transparente, y desde entonces su plano de oscilación se ha ido girando de manera casi imperceptible.

Cuando la orquesta solo está afinando, flotan por la sala sonidos dispersos, pero en cuanto el director alza la batuta, el caos se convierte en sinfonía. Así se veía aproximadamente el comienzo de nuestro universo. En los primeros instantes, este se expandía a una velocidad inimaginable, más rápido de lo que la luz habría tardado en atravesarlo.

Las supernovas de tipo Ia son los acordes finales y deslumbrantes en la sinfonía de la evolución estelar: cuando una enana blanca supera el límite predicho por Chandrasekhar, explota con tal brillo que por un instante eclipsa a toda una galaxia.

Hace trece mil millones de años, unos cientos de millones de años después del Big Bang, el universo se sumió en una oscuridad impenetrable. El cosmos, que seguía expandiéndose, estaba lleno de hidrógeno neutro, frío y opaco a la luz ultravioleta.

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.

Los primeros dos mil millones de años tras el Big Bang fueron una época en la que el Universo parecía una obra en ebullición. La materia oscura aglomeraba el gas en grumos, y este se encendía con las primeras estrellas.

En el corazón de una nube molecular nace una estrella masiva. Su luz ultravioleta ioniza el hidrógeno y la nube brilla en la línea Lyman-alfa. Pero para el fotón, ese destello no es una liberación, sino un encarcelamiento en un laberinto de espejos.

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 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.

El nacimiento del universo no se parece a una explosión, sino a un atasco de tráfico. Al principio, en una diminuta fracción de segundo después del Big Bang, el espacio se expandía lentamente, como coches en un embotellamiento. Luego vino un acelerón brusco: la expansión acelerada que los cosmólogos llaman inflación.

El haz de una linterna se desliza sobre un vidrio irregular. El vidrio son los cúmulos masivos de galaxias, y la linterna es la luz antigua nacida poco después del Big Bang. Al pasar cerca de estos cúmulos, la luz no solo los rodea como el agua rodea una piedra.

En el mundo cuántico, la luz y la materia intercambian energía constantemente. Antes se describían de forma estática, como posturas congeladas. El nuevo enfoque sigue la danza misma: las transiciones entre estados, como un flujo continuo de movimientos.

El telescopio JWST detectó muchas galaxias brillantes en el Universo joven. Su luz ultravioleta apenas era absorbida por el polvo cósmico — contrariamente a las expectativas previas.

Una bombilla tenue de repente comienza a iluminar patrones invisibles en la pared. Así es como los astrónomos observan las lejanas galaxias enanas: diminutas islas estelares, pobres en elementos pesados. En algunas de ellas se ha detectado un débil resplandor violeta de helio ionizado (la línea espectral especial He II 4686 Å).