efecto Sachs-Wolfe

Imagina una lotería donde en lugar de dinero se sortean agujeros negros. Cada boleto es un punto aleatorio en el cielo, y el premio es una onda gravitacional de la fusión de dos gigantes. La probabilidad de ganar el premio mayor es ínfima, pero si tienes suerte, la onda se escuchará en todo el Universo.

El cosmos se expande, y esa expansión se acelera. Pero ¿y si en los primeros instantes tras el Big Bang la gravedad funcionara de otra manera? Los autores del nuevo trabajo añadieron a las ecuaciones de Einstein un campo invisible que intercepta la energía de la materia y la radiación ordinarias.

La luz que se aleja de un cuerpo masivo pierde fuerza. Su frecuencia disminuye ligeramente y el color se desplaza hacia el rojo. Los físicos llaman a esto corrimiento al rojo gravitacional. En la teoría clásica todo está claro, pero en cuanto hablamos de cuantos, empiezan las dificultades.

La luz que se aleja de un cuerpo masivo pierde fuerza. Su frecuencia disminuye ligeramente y el color se desplaza hacia el rojo. Los físicos llaman a esto corrimiento al rojo gravitacional. En la teoría clásica todo está claro, pero en cuanto hablamos de cuantos, empiezan las dificultades.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. El espacio se estiró más rápido que la luz, y las fluctuaciones cuánticas del vacío se convirtieron en partículas reales.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, ondas expansivas recorren el tejido del espacio-tiempo: las ondas gravitacionales. Pero, ¿y si en lugar de uno de ellos no hubiera un agujero negro común, sino algo distinto, un objeto compacto exótico?

Una nube de ondas colapsa bajo su propia gravedad. Mientras está difusa, todo sigue el libro de texto: el campo oscila ligeramente en un espacio casi plano, y las fórmulas aproximadas funcionan perfectamente. Pero basta con añadir un poco más de energía y el panorama cambia. Los físicos usaron un modelo numérico para captar el momento en que los cálculos simples dejan de describir la realidad.

Una piedra lanzada al agua se expande en círculos. Una onda gravitacional es una ondulación similar, pero en el espacio-tiempo. La produce, por ejemplo, la fusión de dos agujeros negros. En la física clásica, esta ondulación es eterna: una vez creada, viaja por el universo sin atenuarse.

A 380 mil años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que la luz se separara del plasma. Este fondo cósmico de microondas aún impregna el cosmos, como el primer acorde de una sinfonía, el eco de un comienzo caliente.

En los primeros instantes después del Big Bang, la transición de fase cósmica dividió el plasma caliente en regiones con diferentes vacíos — los estados de menor energía del campo.

Una fría superficie negra: así lucía durante miles de millones de años el mar de energía oscura, una sustancia invisible que impulsa la expansión del universo. Pero el espectrógrafo DESI detectó una ondulación casi imperceptible.

En 1956, dos radiotelescopios en Jodrell Bank apuntaron a Sirio, captando no imágenes sino el temblor de la intensidad. El experimento de Hanbury Brown y Twiss (HBT) reveló algo sorprendente: las correlaciones de los fotones entrantes cuentan la estadística de la fuente, si es caótica como una lámpara térmica o coherente como un láser.

Los detectores LIGO captaron la señal GW250114: una onda gravitacional procedente de la fusión de dos agujeros negros. Tras el pico principal quedó una "cola" amortiguada: ondas directas desde el horizonte del agujero recién formado.

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.

El universo temprano se parecía a una sala abarrotada donde partículas pesadas colisionaban y se desintegraban a un ritmo ensordecedor. Entre ellas podrían haber estado los leptoquarks escalares — partículas que se aferran simultáneamente a un quark (un ladrillo de la materia) y a un leptón (por ejemplo, un electrón).

La radiación de fondo de microondas es la luz petrificada de los primeros instantes. Poco después del Big Bang, fluctuaciones cuánticas microscópicas fueron estiradas por la inflación hasta las escalas de los supercúmulos galácticos.

Imagina un rascacielos construido no con ladrillos individuales, sino con apartamentos tipo estudio completos. Así es exactamente como está estructurado el cristal Au₆Te₁₂Se₈: sus nodos no son átomos, sino clústeres superatómicos de oro y calcógenos que se comportan como objetos cuánticos unitarios.

Cuando los cuerpos masivos se mueven con aceleración —por ejemplo, dos estrellas que giran una alrededor de la otra—, el espacio que los rodea no permanece en calma. Tiembla, como la superficie de un estanque cuando se lanza una piedra. Estas vibraciones se denominan ondas gravitacionales. Transportan energía hacia afuera y la fuente pierde masa gradualmente.

El foco está en un agujero negro con dos fronteras de no retorno: los horizontes externo e interno. Más allá del horizonte externo, el espacio y el tiempo intercambian sus roles, pero el camino aún no ha terminado. Más adentro, en el horizonte interno, la gravedad prepara una nueva sorpresa.

La luz atraviesa una película arrugada y sale ligeramente diferente. De manera similar, las ondas gravitacionales nacidas en el universo temprano sienten la distribución grumosa de galaxias y materia oscura.

Una estrella muerta con un campo magnético miles de millones de veces más intenso que el terrestre es un magnetar. Su corteza se agrieta y emite una potente ráfaga de rayos X hacia el espacio. Pero parte de esa luz no llega hasta nosotros en su forma habitual.

Las ondas gravitacionales son vibraciones del propio tejido del espacio-tiempo, similares a las oscilaciones de una gigantesca cuerda cósmica.

Una fotografía antigua, tomada en el momento del nacimiento del universo, nos trae su luz desde hace casi 14 mil millones de años. Esta imagen es la radiación cósmica de fondo, el eco enfriado del Big Bang. En ella quedaron registradas las mínimas irregularidades de las que más tarde crecieron las galaxias.

En la imagen tradicional, un agujero negro es un abismo sin rostro en el espacio-tiempo. Pero si a su alrededor vibra una envoltura de materia, el hueco entre el borde del abismo y esa envoltura se convierte en una cavidad resonante.

En el universo temprano, surgieron agujeros negros primordiales, objetos no más grandes que un átomo pero con la masa de una montaña. Se evaporan gradualmente y, antes de desaparecer, deberían generar ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio-tiempo.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Si en su camino se encuentra una rama que sobresale, parte de la ondulación se refleja y parte la rodea. De manera similar se comportan las ondas gravitacionales —la ondulación del propio espacio-tiempo— cuando pasan cerca de cúmulos de galaxias o agujeros negros.

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.

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.

Dos transatlánticos navegan de noche sin luces. Uno fue construido en un astillero con planchas de acero; el otro parece haber brotado por sí solo de la espuma y las olas. De oído son casi indistinguibles, pero un hidroacústico experimentado captará la diferencia en el rumor de las hélices y en las líneas del casco.

Acumulaciones de galaxias y materia oscura invisible crean estelas en el resplandor del Big Bang, como barcos que agitan un estanque.

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.

El universo no es un vacío, sino una enorme esfera de cristal, atravesada por fronteras invisibles: paredes de dominio, congeladas después de transiciones de fase.

El choque de agujeros negros no es solo un estallido de ondas gravitacionales, sino también una huella duradera: la curvatura del espacio-tiempo, que permanece para siempre, la memoria gravitacional. Así como el agua guarda una estela tras el paso de un barco, el cosmos 'recuerda' la catástrofe.

La sombra del agujero negro — icono de la astrofísica —, pero mire más de cerca: su borde aterciopelado se estremece al ritmo de la polarización de la luz.

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.

Un diapasón, al comenzar a sonar, hace vibrar las cuerdas vecinas. De manera similar se comporta una nube de partículas ultraligeras (también llamadas axiones) alrededor de un agujero negro en rápida rotación.

Un patinador se desliza sobre el hielo, acercándose poco a poco al centro de la pista. Un leve giro del torso — y la espiral suave se rompe, la trayectoria se vuelve impredecible. Algo parecido ocurre cuando un agujero negro pequeño con rotación propia (espín) cae hacia un agujero negro gigante.

Una piedra lanzada describe un arco nítido, pero la posición de un electrón en un átomo está difuminada, como una niebla. La transición de uno a otro es un misterio. Un nuevo trabajo muestra que la borrosidad no desaparece por culpa del observador, sino por la propia gravedad.

Si tomas dos bolas pesadas y las separas un metro, se atraen con una fuerza que se debilita cuatro veces al duplicar la distancia. Esta ley la descubrió Newton y funciona en una habitación, en el sistema solar, en una galaxia.

En 2015, dos instalaciones gigantes en Estados Unidos captaron el temblor del espacio: una onda gravitacional proveniente de la colisión de agujeros negros. Desde entonces, estas señales se detectan con regularidad, pero los propios detectores son enormes: sus brazos se extienden a lo largo de kilómetros.