cosmología de supernovas

Los rayos gamma son la luz más energética del universo. Pero una parte de ellos, de energía intermedia, permaneció invisible durante mucho tiempo: los instrumentos no podían captarlos, y en el cielo quedaba un vacío. Los científicos lo llaman el 'hueco del MeV', por la unidad de energía que transportan estos rayos.

El universo nos envía señales constantemente, pero muchas son demasiado débiles para percibirlas. Los neutrinos reliquia —partículas que quedaron del Big Bang— atraviesan la Tierra por miles de millones cada segundo, pero atrapar al menos uno es una hazaña al borde de lo posible.

Seis corredores avanzan por la pista y los jueces miden su velocidad sin notar el viento a favor. El viento sopla a sus espaldas y los cronómetros marcan un resultado mejor que el real.

Medir distancias en el universo no es tarea fácil. Casi todos los métodos se basan en la luz, que en su camino hacia nosotros puede ser absorbida por el polvo, dispersarse o distorsionarse. Es como intentar divisar un faro lejano a través de la niebla y la bruma. Los neutrinos son harina de otro costal. Estas partículas fantasma atraviesan cualquier cosa sin inmutarse.

El universo es un vasto y oscuro océano. Solo vemos la espuma brillante en su superficie: estrellas y galaxias. Pero en las profundidades se ocultan dos fuerzas invisibles: la materia oscura, que con su gravedad impide que las galaxias se dispersen, y la energía oscura, que, por el contrario, empuja el propio espacio, haciendo que el…

En 1998, los físicos sorprendieron a los neutrinos en plena acción: la partícula cambia de tipo sobre la marcha. Esto solo es posible si tiene masa. Se convirtió en la única prueba de laboratorio de física más allá del modelo estándar. Pero cuánto pesa exactamente un neutrino sigue siendo un misterio.

Una estrella masiva agota su combustible y su núcleo colapsa en fracciones de segundo. Nace una supernova y, con ella, una lluvia breve pero intensa de neutrinos. Estas partículas apenas interactúan con la materia, por lo que escapan libremente llevando información sobre la catástrofe.

La cosmología se ha metido en un buen lío. Las dos principales formas de mirar al pasado del universo —la radiación temprana (la radiación cósmica de fondo) y los objetos más tardíos como las supernovas— arrojan números diferentes tanto para la velocidad de expansión (la constante de Hubble) como para lo 'grumosa' que está distribuida la materia.

El cazador de luz antigua, el telescopio James Webb, apuntó sus espejos a una diminuta porción del cielo y captó un faro extraño. El objeto, con el nombre provisional beacon_1420-$$5253_{4770}$$, brilló y se apagó.

En cosmología se está gestando un drama: dos instrumentos musicales principales —la orquesta del universo temprano y el conjunto de cámara del cosmos actual— interpretan la misma sinfonía de expansión a diferentes ritmos.

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 orquesta cosmológica no se afina con un solo diapasón. Hay dos grupos de instrumentos: unos escuchan el zumbido del Universo primitivo — la radiación de fondo, otros leen las notas de galaxias maduras y supernovas.

El universo se parece a un bosque denso: de cerca se ven árboles-galaxia individuales, agrupados en arboledas, pero desde lejos todo se funde en un verde continuo. El límite a partir del cual el cosmos se vuelve homogéneo se llama escala angular de homogeneidad: es el tamaño de la porción de cielo a partir de la cual las galaxias se distribuyen uniformemente.

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.

La cosmología es la música de las esferas, y la constante de Hubble alguna vez nos pareció un metrónomo fiable. Pero los datos del instrumento DESI, que estudia espectros de millones de galaxias, sugieren: el director —la energía oscura— cambia personalmente el tempo a lo largo de la sinfonía.

Los cosmólogos han enfrentado a dos tipos de explosiones cósmicas. Las supernovas de tipo Ia son estrellas que estallan con un brillo casi idéntico, por lo que sirven como faros fiables para medir distancias en el universo.

Un resorte comprimido permanece inmóvil durante años. Parece congelado para siempre, pero dentro del metal los átomos se reordenan lentamente, y un día el resorte hace clic, pasando a una nueva posición más relajada.

Inflas un globo. Al principio se expande rápido, luego más lento, y de repente vuelve a acelerarse, como si alguien le diera más aire con la bomba. Eso es, precisamente, lo que parece estar ocurriendo con nuestro universo.

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.

Los detectores convencionales de materia oscura se parecen a un portero de fútbol que espera un disparo potente, pero el balón apenas rueda. Las partículas invisibles que llenan nuestra galaxia a menudo se mueven demasiado despacio para que los sensores sensibles las noten.

El universo lleva la cuenta de cada astro recién nacido. En 13,8 mil millones de años, en las galaxias se han encendido tantas estrellas que por su «censo» se puede deducir el carácter del propio cosmos, igual que por los anillos anuales de un árbol se deduce el clima de años pasados.

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.

Los cosmólogos han medido la velocidad a la que se alejan las galaxias lejanas en diferentes rincones del cielo. Para ello, utilizaron dos tipos de "reglas cósmicas": cúmulos de galaxias y explosiones de supernovas de un tipo específico. Ambos métodos mostraron lo mismo: en una dirección, el universo se expande un poco más rápido que en la opuesta.

Las superburbujas son colosos cósmicos, similares a pompas de jabón, pero en lugar de película jabonosa contienen el gas enrarecido entre las estrellas, y no las infla un soplo, sino una serie de explosiones de supernovas. En simulaciones por computadora se comportan como si tuvieran vida: crecen, se enfrían y se mueven.

Cuando una estrella masiva explota, sus restos se dispersan como fragmentos de fuegos artificiales. Pero, ¿cómo saber a qué distancia de nosotros ocurrió tal explosión? Los astrónomos han encontrado un método: observan las nubes de gas con las que chocan estos restos. La idea es simple.

Se considera a la energía oscura una propiedad inherente del cosmos, activa desde los primeros instantes. Pero un nuevo modelo sugiere que se comportó como agua al borde de la ebullición: permaneció imperceptible durante mucho tiempo, y en un momento crítico comenzó a actuar de repente.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas que bombardean continuamente la Tierra desde las profundidades del espacio. Cuando una de estas partículas entra en la atmósfera, choca con los núcleos del aire y genera toda una cascada de partículas secundarias: electrones, muones, fotones.

Una galaxia lejana donde nacen cientos de estrellas debería brillar en oxígeno. Así lo creían los astrónomos: las estrellas jóvenes y calientes calientan el gas, y este emite un característico resplandor infrarrojo con una longitud de onda de 63 micras. Es como el vapor sobre una olla hirviendo: una señal inequívoca de que algo bulle.

La luz de una estrella lejana tarda miles de millones de años en llegarnos, y durante ese tiempo el universo tiene tiempo de expandirse. ¿Cómo comprobar que entendemos correctamente ese viaje?

La luz de una farola, al atravesar las persianas, parpadea: las rendijas se mueven y el brillo sube y baja. Por ese ritmo se puede deducir cuán ancha es la propia farola. Más o menos así funciona el nuevo método para medir estrellas: en lugar de capturar una imagen nítida, los astrónomos siguen el «parpadeo» de la luz recogida por dos o más telescopios a la vez.

Cuando una estrella lejana explota, su luz viaja hacia nosotros durante miles de millones de años. Los astrónomos miden cuán tenue parece y con ello calculan la distancia. Normalmente se usan modelos complejos con energía oscura y otros misterios.

En las frías nubes de gas interestelar, el carbono se esconde en moléculas de monóxido de carbono (CO), como el azúcar disuelto en el té. Pero cerca de estrellas masivas y calientes, ese 'té' hierve: la radiación intensa rompe las moléculas y el carbono sale en forma de átomos individuales o iones.

El universo es un pastel que se prepara con una sola receta, pero la cucharilla y la báscula de cocina insisten en mostrar cantidades diferentes de azúcar. Lo mismo pasa con la expansión del universo: las mediciones basadas en estrellas cercanas (la cuchara) dan un valor, y las del resplandor antiguo del Big Bang (la báscula) dan otro completamente distinto.

Dos métodos para medir la velocidad de expansión del Universo ofrecen una imagen contradictoria.

Las supernovas de tipo Ia son como bombillas de la misma potencia: cuanto más tenue es la luz, más lejana está la fuente. Estas supernovas sirven para medir distancias a galaxias lejanas. Pero el polvo cósmico, como un vidrio sucio, atenúa y tiñe la luz, dificultando los cálculos precisos.

Los astrónomos utilizan las supernovas de tipo Ia —explosiones termonucleares de enanas blancas— como «candelas estándar»: durante mucho tiempo se consideró que su luminosidad máxima era la misma en todos los rincones del universo.