Defectos en el universo primitivo

En el mapa del cielo que está haciendo el satélite WMAP se aprecia una gran mancha muy fría en la radiación más antigua que se puede ver. La descubrieron hace cuatro años unos físicos españoles y nadie encontró una buena explicación. Ellos, por supuesto, siguieron dándole vueltas al asunto, estudiando más datos y haciendo más análisis, y ahora creen que han logrado aclarar el origen de la mancha: se trata de la huella de algo llamado textura cósmica, una extraña burbuja de energía o, sencillamente, un defecto del universo primitivo. "Aunque sea radical, la hipótesis de la textura es la explicación más plausible de las propuestas para la mancha", escriben estos investigadores en la revista Science, donde presentan su trabajo. Si están en lo cierto, debe haber más defectos cosmológicos en forma de manchas frías o calientes, la cuestión es descubrirlas.

Unos españoles descubrieron la zona en el cielo hace cuatro años

Inmediatamente después de la explosión inicial, el universo ultracaliente y ultradenso empezó a enfriarse y a expandirse. Al ir cayendo la temperatura se produjeron transiciones de fase, algo fácil de comprender si se piensa en la congelación del agua líquida, cuando se convierte en hielo. Las transiciones de fase del universo primitivo son más exóticas, pero igual que en el cubito de hielo se forman irregularidades en el proceso de cristalización de líquido a sólido, en el cosmos pudieron formarse defectos en las transiciones de fase, aunque no se había detectado ninguno hasta ahora.

La idea se remonta a hace casi 30 años, cuando unos físicos de partículas teóricos conjeturaron que en las transiciones de fase del universo ultracaliente primitivo, a la vez que las fuerzas fundamentales dejaban de estar unificadas, cuando apenas habían transcurrido unas millonésimas de segundo desde el Big Bang, se podrían formar esos defectos. Pero no se detectó algo así en el cosmos.

Ahora, los investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA) Marcos Cruz, Patricio Vielva y Enrique Martínez, junto con dos colegas británicos, han rescatado esa conjetura porque encaja muy bien con lo que ellos habían observado en el cielo: el defecto, la textura, dejaría una huella en forma de gran mancha de mayor o menor temperatura -en este caso menor- que la media de la radiación de fondo que mide WMAP.

El universo primitivo estaba demasiado caliente para que se formaran átomos y para que se emitieran los fotones de la luz. No fue hasta unos 380.000 años después de la explosión inicial cuando el cosmos, expandiéndose y enfriándose, alcanzó una temperatura suficientemente baja para que se unieran electrones y protones formando primeros átomos de hidrógeno y empezando los fotones de la luz a circular libremente. El cosmos, en ese momento, se hizo transparente. El símil de la piscina de agua hirviendo llena de burbujas que se enfría y, al alcanzar una temperatura inferior al punto de ebullición del agua, se hace transparente, es un símil útil.

Lo que el WMAP mide es la radiación del universo emitida en aquel momento, 380.000 años después de la explosión inicial o, lo que es lo mismo, hace 13.500 millones de años. Es la radiación -muy fría- más antigua que se puede ver, ya que antes el universo era opaco. Se descubrió en 1965.

"Esta radiación, que se observa ahora en todas las direcciones del cielo a una temperatura de unos 270 grados centígrados bajo cero, representa la mejor prueba de un pasado denso y caliente del universo en el que los átomos estaban divididos en sus componentes más elementales. Este escenario cosmológico es lo que denominamos comúnmente como Big Bang", explica Martínez.

Esa radiación de fondo, que parecía uniforme, resultó no serlo cuando se lograron desarrollar sensores suficientemente sensibles para detectar minúsculas variaciones de temperatura, pequeñas irregularidades que servirían para explicar por qué ahora la materia no está uniformemente repartida por el cosmos sino agrupada formando conjuntos de galaxias, galaxias, estrellas y planetas. Y WMAP, más sensible que su predecesor COBE, también de la NASA, está haciendo un mapa de alta precisión de esas ligeras variaciones de temperatura.

"Hace unos cuatro años, un grupo de investigadores del IFCA descubrimos la presencia de una mancha muy fría y muy grande en el mapa de todo el cielo producido durante el primer año de funcionamiento de WMAP, algo que había pasado desapercibido para el propio equipo científico responsable del satélite", recuerda Martínez.

La mancha es realmente grande, unos 10 grados de diámetro -la Luna mide medio grado en el cielo- y su origen era un misterio. La explicación aparentemente más sencilla la propusieron unos científicos estadounidenses: es un gran vacío cósmico, una región del cielo donde no hay galaxias.

Pero a los físicos de Cantabria no les cuadraba este gran vacío con su mancha fría, que seguían estudiando. "Sería un vacío de proporciones descomunales (de varios cientos de millones de años luz de diámetro)", dicen, "y en total contradicción" con la teoría estándar del Big Bang. "La explicación de la mancha como un gran vacío no es otra cosa que solucionar un problema creando otro problema", afirma Martínez. Sin embargo, la hipótesis del defecto, de la textura cósmica, encaja mucho mejor con los datos de la mancha fría, dicen Cruz y sus colegas.

La idea es que en aquella remota transición de fase de la materia y radiación del universo primitivo (como en la cristalización imperfecta del cubito de hielo), se formarían unos objetos tridimensionales, como unas burbujas de energía, cuya huella sería identificable en la luz del universo cuando éste se hizo transparente. "Dentro de una de esas burbujas, los campos energéticos que forman la textura están enmarañados", explica Cruz. "Las texturas y otros defectos deberían ser detectables como variaciones de temperatura en la radiación de fondo cósmico de microondas [lo que detecta el WMAP]".

¿Por qué detecta el sensor del satélite la huella de esa burbuja de energía enmarañada? Porque la radiación, la luz fría del fondo de microondas, siente su efecto gravitatorio al pasar cerca, efecto que ve el satélite en forma de mancha fría, contesta Martínez. La teoría indica que se formarían no uno, sino muchos defectos, fríos y calientes; los científicos están buscándolos.

Los propios autores de la investigación publicada en Science, así como otros expertos, advierten de que la cuestión no está zanjada. "Aunque el origen de la mancha fría no está totalmente demostrado, este hallazgo podría aportar nuevos puntos de vista sobre la infancia del universo", dice Cruz.

Su colega Neil Turok, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) añade: "Será muy interesante ver si esta explicación se confirma en los próximos años. Si es así, las implicaciones serán extraordinarias porque las propiedades del defecto proporcionarán una ventana absolutamente única abierta hacia la unificación de las partículas y las fuerzas", unificación que se rompería en aquella transición de fase a la vez que se formarían las texturas en el universo primitivo enfriándose.

"El futuro satélite Planck de la ESA, que medirá el cielo de microondas con mayor precisión que WMAP y cuyo lanzamiento está previsto para julio de 2008, podrá confirmar la presencia de ésa y otras texturas en el universo", señala Vielva.