El universo oculto

En el Cielo las Estrellas no es un sitio de noticias astronómicas, como saben mis lectores. Pero cada tanto hay una noticia tan sensacional que no puedo dejar de escribir algo. Esta semana se anunció un descubrimiento fenomenal: la evidencia de la inflación cósmica en la polarización del Fondo Cósmico de Microondas. Es algo difícil de explicar, pero es realmente un descubrimiento histórico, así que voy a hacer un intento, aunque yo mismo apenas entiendo rudimentariamente la teoría. Pero la idea fundamental se puede transmitir, y también lo que significa para la cosmología y para la cultura en general. Inspiro profundamente y empiezo.

El universo temprano está oculto tras el velo del Fondo Cósmico de Microondas. Esta radiación, que proviene de todo el cosmos con pasmosa homogeneidad, es la más antigua que podemos ver. ¿Por qué? Porque antes el universo era opaco. En años recientes hemos llegado a conocer este lejano susurro del universo bebé gracias a observatorios espaciales como WMAP y Planck. La imagen de aquí al lado es el cielo entero relevado por Planck. No se dejen engañar por las irregularidades. Los distintos colores corresponden a desviaciones ínfimas, de menos de un cienmilésimo de Kelvin, respecto del valor uniforme de 2.72548 Kelvin (es habitual referirse a esta radiación mediante la temperatura del cuerpo negro equivalente). Gracias a esas pequeñas fluctuaciones sabemos que el universo tiene 13 mil ochocientos millones de años de edad, y que el Fondo viene de cuando tenía apenas 380 mil años, y era muy distinto del de hoy en día.

"Vemos" lo que pasó antes con los anteojos de la teoría. LaS teoríaS, plural, ya que son más bien un conjunto de modelos matemáticos posibles cuyas discrepancias sólo se podrán zanjar mediante observaciones. Precisamente, el experimento BICEP2 ha visto en el velo unas arrugas que vienen de antes del Fondo. De un tiempo inimaginablemente temprano, tan temprano que ni siquiera existían las partículas subatómicas que conocemos, los electrones, los quarks, hasta el famoso Higgs. El evento empezó cuando el universo tenía

0.00000000000000000000000000000000001 segundos

y terminó cuando cumplió los

0.000000000000000000000000000000001 segundos.

Parece corto, pero para el propio Universo, que en esa época era tan joven, el evento duró muchísimo. Durante ese santiamén ocurrió una expansión inimaginablemente feroz, y el tamaño del universo aumentó

100000000000000000000000000 veces.

Después de este exabrupto el universo siguió expandiéndose, y lo hace hasta hoy en día, si bien a un ritmo mucho menor. El universo ya no es lo que era antes, hay que decirlo de una vez por todas.

La idea se le ocurrió a un físico llamado Alan Guth en 1979. Fue un verdadero "galerazo", a propósito para resolver varias cuestiones incomprensibles. Más arriba mencioné que esa tenue luz de microondas es extraordinariamente homogénea. Miramos hacia la constelación de la Osa Menor y vemos que el universo brillaba hace 13799 millones de años a 2.72548 Kelvin (enfriados a nuestra época por la expansión). Miramos hacia la constelación del Octante, que queda para el otro lado en el cielo, y vemos que el universo brillaba hace 13799 millones de años a 2.72548 Kelvin. Y eso en cualquier dirección. ¿Cómo puede ser? El universo no es suficientemente antiguo como para que esas regiones tan distantes hayan podido estar en contacto entre sí, de manera que sus temperaturas fueran tan iguales. ¿Será una casualidad?

A Alan Guth se le ocurrió un mecanismo para explicar ésta y otras rarezas del universo: que sea tan exactamente homogéneo, plano e isótropo. En su cuaderno de trabajo lo llamó SPECTACULAR REALIZATION. Era el 7 de diciembre de 1979. Tenía 32 años. Hoy lo conocemos como inflación cósmica. Al mecanismo, no a Alan. A lo largo de las décadas del 80 y del 90 los astrofísicos desarrollaron esta idea, y propusieron que debía haber rastros medibles en la radiación del Fondo Cósmico de Microondas. No estoy seguro de la historia exacta, pero nuestros compatriotas Matías Zaldarriaga y Diego Harari deben haber sido de los primeros en calcularlo a principios de los 90. Diego trabaja en el Instituto Balseiro y en el Centro Atómico Bariloche, e insiste en que su participación fue muy menor.

Todo esto parece realmente un disparate teórico, y hasta cierto punto es así. ¿Hasta qué punto? Hasta que se lo mide, como acaba de hacer BICEP2. La física es una ciencia experimental, y la única verdad es la realidad. BICEP2, un telescopio de apenas 26 cm de apertura, acaba de lograr la proeza observando desde el Polo Sur. Es muy probable que el análisis de las observaciones de Planck, previsto para dentro de algunos meses, confirme el fenomenal descubrimiento.

¿Qué significa para nuestra vida cotidiana? No mucho. Casi nada. ¿De qué sirve saber que el mundo es esférico, en lugar de plano? De nada, tal vez por 2000 años, hasta que sirve. Pero no es sólo eso. El universo es lo que somos. Y si queremos entender de dónde salió nuestro universo, toda la energía y la entropía y la materia y las interacciones que han dado lugar a la era de las estrellas en la que vivimos, tenemos que entender lo que pasó antes del Fondo de Microondas. Si queremos entender cómo funciona realmente la Relatividad General (que permite funcionar, entre otras cosas, los navegadores GPS) y cómo se ensambla con la Mecánica Cuántica (que nos ha dado toda nuestra civilización tecnológica) tenemos que entender ese universo temprano. Y que podamos hacerlo, desde tan lejos, desde tanto tiempo después, usando el poder de la ciencia y la ingeniería, es un logro cultural extraordinario.

PS: Lamentablemente las observciones de Planck no sólo no confirmaron, sino que descartaron estas conclusiones. La polarización observada probablemente se debe a la dispersión en el polvo galáctico. Harán falta más experimentos para observar este sutil fenómeno.

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Notas y créditos:

El Kelvin es la unidad de temperatura absoluta que usamos los físicos. Se llama así, Kelvin, no "grado Kelvin". El tamaño de un Kelvin es igual al de un grado Celsius, así que es fácil imaginarlo. La escala, sin embargo, comienza en -273 grados Celsius. La temperatura de 2.7 Kelvins del Fondo de Microondas es la de un cuerpo a -270 grados centígrados.

El cuerpo negro aparecerá en breve, tengo la nota escrita pero esta noticia se adelantó.

La imagen del Fondo Cósmico de Microondas es de ESA and the Planck Collaboration. La imagen del cuaderno de Alan Guth está por todos lados en la Web, y no sé quién la distribuyó. En todo caso, el crédito es de Alan Guth. La imagen de la polarización del Fondo Cósmico de Microondas es de BICEP2.