Brian Schmidt

Tres planetas en el sistema Kepler-51 han intrigado durante mucho tiempo a los astrónomos: por su tamaño se asemejan a Saturno, pero su densidad es menor que la del agua. Estos mundos 'superesponjosos', con masas no superiores a diez veces la terrestre, son como dientes de león cósmicos: masivos, pero casi ingrávidos.

El sistema solar completa una vuelta alrededor del centro de la Vía Láctea cada 210 millones de años. La última vez que estuvimos en este mismo lado de la Galaxia, los primeros dinosaurios vagaban por la Tierra. Esa cifra, 243.72 km/s, se ha podido precisar gracias a estrellas raras que atraviesan la Galaxia como balas de cañón.

En el caldo hirviente del universo recién nacido, todas las partículas perdían sus diferencias, como verduras a una temperatura infernal. Recuperar esa receta sencilla es el objetivo de la física moderna. La teoría SO(10) —una extensión del Modelo Estándar— ofrece esa receta.

El universo se expande, y el ritmo de esa expansión lo marca la energía oscura, una fuerza misteriosa que acelera el alejamiento de las galaxias. En el modelo cosmológico estándar, su densidad es constante: la constante cosmológica, un metrónomo inmutable desde el nacimiento del mundo.

Un electrón sale del núcleo de tritio con una energía de 18,57 keV, dejando tras de sí un compañero invisible: el neutrino. Si ese neutrino tiene acceso a una quinta dimensión, su masa se descompone en toda una torre de estados, y cada uno de ellos arranca un pedazo del espectro.

El telescopio ACT, en el desierto chileno de Atacama, observó el cielo de 2007 a 2022. Su objetivo era la radiación cósmica de fondo, la luz que viaja hacia nosotros desde hace 13,8 mil millones de años. Esa luz está polarizada: las ondas oscilan en planos definidos, como cuerdas tensadas en distintas direcciones.

La luz de una galaxia lejana se ha duplicado, triplicado, cuadruplicado, y en el centro ha aparecido un quinto fantasma. Así es HerS-3: una galaxia joven, llena de polvo y estrellas recién nacidas, cuya luz ha atravesado una lente gravitacional, un objeto masivo que curva los rayos como el cristal de una lupa.

El universo representa una obra de teatro, y el papel principal está reservado para la energía oscura. Durante mucho tiempo pareció que el actor era inmutable: la constante cosmológica (la energía del vacío que acelera la expansión del universo) marcaba un mismo tono.

La galaxia NGC 3627, una belleza espiral en la constelación de Leo, guarda una estela que no encaja en ningún escenario estándar. Una estrecha banda de gas frío, una estela molecular, se extiende a lo largo de más de 8 kilopársecs (miles de pársecs, cada uno de unos 3260 años luz) con un ancho de unos 200 pársecs.

Astrónomos encontraron en el Universo un objeto invisible que pesa apenas un millón de soles — para el cosmos es una nimiedad, cien veces más ligero que todo lo que se había podido 'pesar' a tales distancias. El objeto no brilla, pero se delató al curvar la luz de una galaxia aún más lejana.

El disco estelar de la Vía Láctea es como una brillante veleta, y la materia oscura es la nube invisible a su alrededor. Por primera vez se ha medido su forma con precisión.

Ya Vera Rubin descubrió que las estrellas en los bordes de las galaxias se mueven demasiado rápido, como si las sujetara una telaraña invisible. Y Fritz Zwicky fue el primero en sospechar que en los cúmulos de galaxias se esconde una enorme masa invisible.

La materia oscura es el fundamento invisible del Universo. Vera Rubin demostró su existencia por el movimiento de las estrellas, pero las partículas aún no han sido atrapadas.

Las partículas de materia oscura pueden comportarse como melaza: en un modelo no se estorban entre sí, en otro se empujan ligeramente, creando viscosidad. De esto depende cuán rápido los gigantescos agujeros negros en los centros de las galaxias caen uno hacia el otro y se fusionan.

Cuando Edwin Hubble descubrió la expansión del universo, y Vera Rubin la materia oscura, el marco de la cosmología parecía sólido.

Predichos por Wolfgang Pauli y bautizados por Enrico Fermi, los neutrinos son partículas casi indetectables. Dentro de las supernovas gigantes moribundas y de las estrellas de neutrones en fusión, se producen cantidades inimaginables.

Los científicos han descrito un nuevo tipo de estrella invisible que se comporta como una lente que respira. Tal estrella está compuesta de partículas bosónicas ultraligeras (aún no descubiertas). Su atracción provoca una curvatura del espacio-tiempo, que es justamente la lente, la cual se expande y contrae rítmicamente, como si respirara.

En una autopista, un flujo constante de coches a veces se convierte en un atasco debido a frenazos aleatorios. En el universo joven, la expansión general de las galaxias después del Big Bang se asemejaba a ese movimiento ordenado. Pero cada galaxia también realizaba sus propias maniobras: frenaba o aceleraba por la atracción de sus vecinas.

Un agujero negro no solo engulle materia: como un remolino cósmico gigante, curva el propio tejido de la realidad y hace que los rayos de luz la rodeen, enfocándolos. El efecto es aún más fuerte en los agujeros negros que giran casi a la velocidad de la luz: su rotación retuerce el espacio en una espiral apretada.

Los átomos ultrafríos pueden comportarse como un todo. Si en una nube así nace un нейтрино, normalmente se escapa sin ser notado.

Los datos del cartografiado de galaxias DESI sugieren que la energía oscura en el pasado era más potente que hoy. Este comportamiento «fantasma» amenaza al Universo con un Big Rip: un final en el que incluso los átomos se desintegrarían. Pero el modelo KMIX lo explica como una ilusión.

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.

La materia oscura es un océano invisible que, como mostraron las observaciones de Vera Rubin, evita que las estrellas se dispersen en las galaxias.

Después del Big Bang, el universo era caliente y denso. En los cúmulos de materia oscura — una sustancia invisible que solo se siente por gravedad — sus partículas, al chocar, desaparecían, generando una poderosa radiación. Este calor oculto, como un hogar invisible, calentaba las nubes de gas desde dentro.

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

Nuestro Sol emite flujos de neutrinos, partículas que casi no interactúan con la materia. Al atravesar la densa materia solar, cambian de tipo — los científicos llaman a esto «sabor». Es como una voz que cambia al atravesar una multitud: cuanto más denso el entorno, mayor es la distorsión.

El Universo se expande, y cada cúmulo de galaxias participa en una danza grandiosa. El ritmo de esta danza lo marca la constante de Hubble, que fue medida por primera vez por Edwin Hubble hace casi un siglo. Refinar ese número es difícil, pues se necesita una regla de miles de millones de años luz.

El telescopio James Webb detectó en el Universo temprano «puntos rojos»: objetos densos de decenas de años luz. El análisis espectral de su luz mostró que es el color del hidrógeno. Pero en rayos X son casi invisibles, como un potente reflector envuelto en una cortina de gas de múltiples capas.

En la oscuridad del espacio interestelar vagan millones de planetas rebeldes, mundos sin vínculo a ninguna estrella. Son casi imposibles de ver, pero cuando uno de estos viajeros pasa frente a una estrella lejana, su gravedad curva la luz y crea por un instante una lupa cósmica.

En un enorme espectrómetro en Karlsruhe, parecido a un gigantesco barril metálico, se capturan partículas que casi no se dejan atrapar. Los neutrinos son los fantasmas del micromundo: cada segundo, billones de estas partículas atraviesan tu cuerpo sin que lo notes. Pero tienen masa, y los científicos quieren medirla.

Sin el andamiaje invisible de la materia oscura, las galaxias se desintegrarían. La astrónoma Vera Rubin demostró en los años 70: las estrellas giran como si las sujetara una masa invisible. Pero una nueva investigación muestra que no es solo un lastre pasivo.

La masa curva el espacio-tiempo, como una piedra pesada que hunde el asfalto de una carretera. La luz, al pasar, rodea esa abolladura, su camino se alarga y se retrasa. Los astrónomos han observado este efecto Shapiro muchas veces cerca del Sol y los planetas. El nuevo plan propone reproducir el retraso en una mesa de laboratorio.

El Sol, con su gravedad, crea una copa invisible en la que la materia oscura de un tipo especial, ultraligera, no se agita caóticamente, sino que ocupa estrictos escalones energéticos, como capas transparentes de un líquido.

La fusión de agujeros negros genera una onda gravitacional. A veces, en el camino de la onda se interpone una galaxia o un grumo de materia oscura, predicha por Zwicky y descubierta por Rubin.

La pared de la vejiga no es un globo de goma. Cuando el órgano se vacía, su superficie se arruga como un papel hecho una bola, y la tensión varía de un punto a otro. Antes, para medirla, se pintaban motas sobre el tejido. Pero la tinta por sí sola cambia el comportamiento del tejido vivo, como una capa extra de cinta adhesiva en un globo. El nuevo método prescinde de la tinta.

El misterio de la materia oscura fue estudiado ya por Fritz Zwicky y Vera Rubin. Durante mucho tiempo se la imaginó como un armazón frío y pasivo, que solo atraía las galaxias.

En el centro de muchas galaxias se esconde un agujero negro — un objeto predicho en las soluciones de las ecuaciones de Karl Schwarzschild. A su alrededor se extiende una corona ardiente: una región de plasma tenue calentado a miles de millones de grados.

Analizando las marcas de color —la relación de brillo en diferentes rangos espectrales — en las imágenes del telescopio espacial James Webb, los astrónomos identificaron galaxias cuya luz se corta bruscamente en la región ultravioleta.

En pequeñas galaxias satélite, las estrellas en la periferia giran más rápido de lo que la materia visible permite. Como si en el tejido del espacio apareciera un patrón para el que no hay suficientes hilos.

Los telescopios modernos ven que las galaxias lejanas se alejan cada vez más rápido. La causa se llama energía oscura, pero su naturaleza fue un misterio. Además, los cálculos de la velocidad de expansión en el universo temprano y tardío no coinciden. La solución quizás esté en un evento similar a la caída de un lápiz.