fluctuación de temperatura

La orquesta toca, aunque nadie ve al director. Los músicos son partículas cargadas en la magnetosfera del púlsar, y la partitura son los campos eléctricos y magnéticos nacidos de la rotación de la estrella superdensa.

Un contable revisa todas las fábricas, almacenes y tiendas, pero el balance no cuadra: la mitad de la mercancía parece haberse evaporado. Algo así es lo que los astrónomos han estado haciendo durante décadas al buscar la materia ordinaria en el universo actual.

El universo temprano se asemeja a un caldero hirviendo donde las partículas y las antipartículas nacen y mueren en proporciones iguales. Pero hoy a nuestro alrededor solo hay materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Cómo surgió un diminuto exceso de una milmillonésima parte a partir de la igualdad inicial?

En la primera fracción de segundo después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad inimaginable. El motor de esta expansión pudo ser un campo parecido a una bola que rueda lentamente: el axión. La peculiaridad del axión es que, como un director de orquesta, es capaz de hacer vibrar las ondas electromagnéticas, creándolas literalmente de la nada.

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 temprano experimentó una rápida expansión: la inflación. Según una de las teorías, la fuerza motriz de este proceso (el inflatón) se comportaba como un axión, una partícula que interactúa con el campo de gauge a través de un acoplamiento especial (análogo al efecto Chern-Simons).

En las primeras fracciones de segundo tras el Big Bang, el Universo experimentó la inflación: una expansión increíblemente rápida que alisó todas las irregularidades. Pero entre esa lisura cósmica podría haberse escondido una nota "desafinada": las fluctuaciones cuánticas del campo de axiones.

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.

Agua hirviendo en una olla: por ahí hay que empezar. Las burbujas de vapor suben, estallan y la superficie se calma. Más o menos así, en los primeros instantes de la vida del universo, podría haberse comportado un campo especial que llenaba el espacio: en él se inflaban y chocaban burbujas de una nueva fase, como islotes de vapor en un líquido.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad vertiginosa. Este proceso se denomina inflación y suavizó todas las irregularidades, haciendo que el cosmos fuera homogéneo. Pero, ¿qué puso en marcha la propia inflación?

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad inimaginable. Esta expansión dejó tras de sí ondulaciones: diminutas sobredensidades en la radiación caliente y el plasma.

En los primeros instantes tras el nacimiento, el universo podría haber sido multidimensional, como una hoja de papel que de repente adquiere grosor. Ese "grosor" —las dimensiones extra— comenzó a expandirse rápidamente. A este crecimiento ultrarrápido se le llama inflación.

En el universo temprano pudieron nacer diminutos agujeros negros: con masa de una montaña, pero del tamaño de un núcleo atómico. Hoy podrían servir como fábricas de materia oscura. Hay dos mecanismos: la evaporación habitual (radiación de Hawking) y la menos conocida superradiancia.

El horno se enfría lentamente. Mientras está al rojo vivo, la masa sube con vigor, pero en cuanto baja la temperatura, el proceso se detiene.

El origen del caliente Big Bang es uno de los mayores misterios. La imagen habitual: tras la inflación, el campo del inflatón transfiere energía a las partículas ordinarias, calentando el Universo. Pero la materia oscura y la energía oscura sugieren que la naturaleza tiene sectores ocultos.

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.

Un imán con un solo polo: el norte, pero sin el sur. Córtalo por la mitad y, en lugar de dos imanes normales, obtendrás dos imanes de un solo polo. En nuestro mundo aún no se han encontrado partículas así, aunque muchas teorías predicen su existencia. Estos objetos hipotéticos se llaman monopolos magnéticos. Los autores del trabajo han notado una conexión curiosa.

Todo comenzó con un diminuto conglomerado que crecía más rápido de lo que la luz podía rodearlo. Dentro de esa burbuja en expansión —nuestro futuro universo— reinaba un calor inimaginable. Pero un campo, llamado inflatón (el motor de la inflación), se comportaba como un director de orquesta: controlaba tanto la expansión como el comportamiento de las demás partículas.

La historia clásica del nacimiento del Universo a partir de un punto ardiente Big Bang se topa con preguntas incómodas: ¿por qué el cosmos es tan homogéneo y qué había antes de la singularidad?

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.

Un diminuto agujero negro atraviesa una nube de gas. No la absorbe, sino que la calienta, como una plancha dejada sobre un paño húmedo. De él emana radiación y a su alrededor se forma un punto caliente: una región donde la temperatura es cientos de veces mayor que la del espacio circundante.

El enigma de la antimateria perdida ha intrigado a la física desde mediados del siglo XX. Se supone que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria, pero el mundo actual es casi completamente material.

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.

Una gran orquesta se afina antes del concierto. Cada instrumento emite su propio ruido, y en el bullicio general es difícil distinguir sonidos individuales. Pero si el director, por un segundo, agita la batuta de una manera especial, todos los violines tocan a la vez una misma nota aguda, y ese sonido puro atraviesa la cacofonía. Ese «gesto de batuta» pudo ocurrir en los primeros instantes de la vida del universo.

En el corazón del cúmulo de galaxias de Ofiuco flota una burbuja de plasma caliente del tamaño de varias galaxias. Asciende como un globo aerostático gigante en la atmósfera, y detrás deja una estela: una región donde el gas se pone en movimiento.

Lanza dos piedritas idénticas desde la cima de una montaña: si una cae un centímetro más a la izquierda, en un minuto estarán en valles distintos. Una galaxia es como esa montaña, pero con miles de millones de piedras y una ladera que se extiende a lo largo de millones de años.

El láser golpea el cristal y este responde con destellos de luz, como una campana que suena al ser golpeada. Pero si la campana está caliente, su sonido tiembla y se apaga. Así ocurre aquí: los átomos del cristal vibran constantemente por el calor, y esa vibración impide que los electrones se muevan en línea recta, por lo que la luz sale tenue y borrosa.

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.

Después del Big Bang, el Universo bullía como una 'sopa' ardiente de partículas fundamentales. Al expandirse y enfriarse, la sopa se fue 'solidificando' gradualmente en protones y neutrones, de forma parecida a la cristalización.

El hielo se escapa bajo la cuchilla del patín, como una pastilla de jabón entre las manos mojadas. Durante cien años, los científicos discutieron de dónde viene esa resbalosidad. Unos decían: ya hay una fina capa de agua en la superficie, que actúa como lubricante. Otros objetaban: el agua aparece solo cuando empiezas a moverte, por la fricción.

El ensamblaje de la envoltura viral es similar a abrochar un botón: los bloques de proteínas deben engancharse en el orden correcto, y las vibraciones térmicas actúan como dedos temblorosos. Con un enlace débil, el temblor ayuda a encontrar la posición correcta; así, la envoltura se cierra más rápido.

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.

Los Júpiter calientes — exoplanetas gigantes, pegados a sus estrellas — están misteriosamente inflados. Sus radios a menudo son entre un 50 y un 100% mayores de lo que predicen los modelos estándar de formación.

En el denso enjambre de estrellas viejas conocido como cúmulo globular M15, los astrónomos no solo han visto estrellas, sino capas de tiempo. Unas estrellas nacieron antes, otras después, y su composición química delata su origen con la precisión de un arqueólogo que lee los estratos de un antiguo asentamiento.

El radiómetro ARCADE2, montado en un globo de gran altitud, detectó un exceso de emisión de radio, y el experimento terrestre EDGES, una depresión anómalamente profunda en el espectro del hidrógeno a 21 cm. Ambas señales no encajan en el modelo cosmológico estándar y apuntan a una fuente desconocida de fotones suaves.