"La energ¨ªa oscura es repulsi¨®n gravitatoria"

Juan Garc¨ªa-Bellido Capdevila recuerda exactamente cu¨¢ndo surgi¨® su fascinaci¨®n por el universo y decidi¨® que su vocaci¨®n era investigarlo. Fue a los 14 a?os -ahora tiene 39-, cuando ley¨® el libro Universo, de Isaac Asimov. Al optar por la f¨ªsica, se convirti¨® en "la oveja negra", dice, en una familia de bi¨®logos -su padre, su madre y sus tres hermanos-. Profesor de la Universidad Aut¨®noma de Madrid, f¨ªsico de part¨ªculas, Garc¨ªa-Bellido es cosm¨®logo te¨®rico y se dedica a explorar en el Big Bang aquel instante del universo primitivo en que una ignota energ¨ªa inicial se convirti¨® en radiaci¨®n.

Pregunta. ?Puede contarme la historia del universo seg¨²n lo que saben ahora los cient¨ªficos?

"La expansi¨®n del universo iba fren¨¢ndose, pero algo empez¨® a ser dominante y se aceler¨®"

"La inflaci¨®n es equivalente a que una canica crezca de repente hasta el tama?o de todo el universo"

Respuesta. Podr¨ªa haber un momento inicial regido por la gravedad cu¨¢ntica en el que se origin¨® el universo. Pero no tenemos pruebas de ese inicio, as¨ª que son especulaciones. De lo que pas¨® inmediatamente, y estamos hablando de las primeras fracciones min¨²sculas de segundo, podr¨ªamos tener hoy d¨ªa algunos indicios: la ¨¦poca inflacionaria.

P. ?C¨®mo ser¨ªa?

R. La idea es que una cierta densidad de energ¨ªa, cuyo origen y naturaleza no conocemos a¨²n, provoc¨® una tremenda expansi¨®n del universo, y en una fracci¨®n de segundo pas¨® de ser un objeto microsc¨®pico dominado por la mec¨¢nica cu¨¢ntica a tener una escala macrosc¨®pica, del orden de cent¨ªmetros.

P. ?La inflaci¨®n es la frontera a partir de la cual se convierte en el cosmos que vemos?

R. S¨ª. Ser¨ªa la fase intermedia entre un origen cu¨¢ntico y una realidad regida fundamentalmente por la f¨ªsica cl¨¢sica.

P. El Big Bang no es una gran explosi¨®n dentro de un espacio preexistente.

R. No es una explosi¨®n y, desde luego, no es nada dentro del espacio-tiempo, sino que es el propio espacio-tiempo el que se va creando al expandirse.

P. La inflaci¨®n se ide¨® hace 20 a?os. ?Sigue sin comprobarse?

R. Hay indicios de que en el universo muy primitivo ocurri¨® un crecimiento exponencial. Pero dentro de este esquema general hay muchos modelos posibles de inflaci¨®n, aunque cada uno hace predicciones concretas que podemos comprobar experimentalmente. Creo que se lograr¨¢ probar la inflaci¨®n con la detecci¨®n de las ondas gravitacionales que genera; en unos diez a?os habr¨¢ equipos capaces de hacerlo.

P. ?Seguimos con la historia del universo?

R. Despu¨¦s de la inflaci¨®n, el cosmos ya tiene un tama?o respetable, aunque sigue siendo muy peque?o: algunas fracciones de cent¨ªmetro. La inflaci¨®n es algo equivalente a que una canica crezca de repente hasta el tama?o de todo el universo observable hoy d¨ªa. Cuando el cosmos tiene ya tama?o macrosc¨®pico, la energ¨ªa se convierte en radiaci¨®n, en part¨ªculas elementales. En realidad, la teor¨ªa del Big Bang desarrollada en los ¨²ltimos 60 a?os empieza en ese momento, al final de la inflaci¨®n.

P. ?De d¨®nde sale toda esa energ¨ªa inicial?

R. No lo sabemos, es un nivel de energ¨ªa muy superior al que podemos ahora explorar con nuestros aceleradores de part¨ªculas.

P. Est¨¢bamos en el universo ya macrosc¨®pico.

R. As¨ª es, y se va enfriando a medida que se expande -ya normalmente, no de modo inflacionario-. Se forman los quarks (las part¨ªculas fundamentales del n¨²cleo at¨®mico), los gluones, los fotones... Desde ese momento hasta ahora tenemos la historia bastante clara, desde el primer segundo de un universo que tiene 13.600 millones de a?os. En aquel tiempo las temperaturas eran muy altas y las reacciones nucleares muy activas, pero poco despu¨¦s se empezaron a unir neutrones y protones formando los primeros n¨²cleos at¨®micos de los elementos ligeros, cuya abundancia relativa se ha medido con bastante precisi¨®n. M¨¢s tarde el universo se enfr¨ªa lo suficiente como para que los electrones se unan a los n¨²cleos formando ¨¢tomos; ya no hay electrones libres y el universo, que ten¨ªa unos 400.000 a?os, se hace transparente. Los fotones emitidos entonces nos llegan ahora como radiaci¨®n de fondo.

P. ?Y las estrellas y galaxias?

R. En el momento de emisi¨®n de esa radiaci¨®n de fondo hab¨ªa unos liger¨ªsimos grumos de materia que aumentaron de densidad y dieron lugar a las primeras estrellas, hace unos 13.000 millones de a?os. Es posible que surgieran tambi¨¦n agujeros negros supermasivos, y se formaran las galaxias, que luego se fueron agrupando en c¨²mulos. El universo sigui¨® expandi¨¦ndose. Pero hay algo m¨¢s: sabemos, por la distribuci¨®n de materia en los c¨²mulos y por las velocidades de rotaci¨®n de las galaxias, que algo invisible est¨¢ actuando gravitacionalmente.

P. ?La materia oscura?

R. S¨ª. Es todo un dilema porque no conocemos su naturaleza. Podr¨ªa tratarse de part¨ªculas ex¨®ticas que se crearon al final de la inflaci¨®n... La materia oscura supone un 25% de todo lo que existe, y s¨®lo un 5% es materia normal, de la que est¨¢n hechas estrellas y planetas y nosotros...

P. ?Y el resto del universo?

R. Todo lo que he descrito hasta ahora se est¨¢ expandiendo, y cre¨ªamos que deber¨ªa hacerlo cada vez m¨¢s despacio, por la atracci¨®n gravitatoria, igual que al lanzar una pelota al aire sube, cada vez m¨¢s despacio, hasta que se para y empieza a caer. Pero en 1998, dos grupos independientes observaron que objetos luminosos muy intensos, las supernovas de tipo Ia, situadas a cientos de millones de a?os luz de nosotros, se ve¨ªan con menos luminosidad de lo que deber¨ªan dada su distancia, si la expansi¨®n del universo estuviera fren¨¢ndose. Por ello dedujeron que estaba aceler¨¢ndose.

P. Se plante¨® que pod¨ªa haber polvo debilitando su luz.

R. S¨ª, pero se estudiaron otras supernovas mucho m¨¢s lejanas y se comprob¨® que a distancias mayores, que corresponden al universo algo m¨¢s joven, la expansi¨®n era decelerada. En resumen: la expansi¨®n del universo iba fren¨¢ndose, pero en un momento algo empez¨® a ser dominante y se aceler¨®. Y se ha medido cu¨¢ndo: ese cambio se produjo hace unos 5.000 o 6.000 millones de a?os.

P. ?Por qu¨¦ esa aceleraci¨®n?

R. Todav¨ªa no lo sabemos. Es la llamada energ¨ªa oscura. La hip¨®tesis m¨¢s sencilla es que se trata de la constante cosmol¨®gica que Einstein introdujo en su teor¨ªa de la relatividad para ajustarla y obtener un universo est¨¢tico, respondiendo as¨ª a sus prejuicios cl¨¢sicos de un cosmos estable. Pero luego se descubri¨® que est¨¢ en expansi¨®n, y ya no hac¨ªa falta.

P. ?Qu¨¦ ser¨ªa esa energ¨ªa oscura o constante cosmol¨®gica?

R. Una repulsi¨®n gravitacional, en lugar de atracci¨®n; por eso acelera la expansi¨®n. Tiene una densidad de energ¨ªa constante, por lo que se hace evidente en el universo a partir de un cierto momento, cuando ha aumentado su volumen, y no antes. Entonces se aprecia la aceleraci¨®n.

P. ?La energ¨ªa oscura es el 70% del cosmos, que se a?ade a la materia com¨²n y a la materia oscura?

R. Cierto. Pero con esto no estamos m¨¢s que etiquetando nuestra ignorancia, aunque cada d¨ªa tenemos mayor precisi¨®n en las medidas. No conocemos la naturaleza de la energ¨ªa oscura, lo ¨²nico que podemos hacer por ahora es estudiar sus consecuencias.

P. ?Se han hecho m¨¢s observaciones de la aceleraci¨®n?

R. S¨ª, en la radiaci¨®n de fondo, donde quedaron plasmadas peque?as inhomogeneidades, cuya evoluci¨®n en el tiempo informa acerca de esa energ¨ªa oscura. Y ahora hay dos proyectos para observarla mejor. Uno es un sat¨¦lite para estudiar varios miles de supernovas. Otro es el Dark Energy Survey, una propuesta en la que participa un grupo espa?ol, para observar supernovas, pero tambi¨¦n la radiaci¨®n de fondo y la distribuci¨®n de materia en el universo.

P. ?Cu¨¢nto tardar¨¢n en descifrar la energ¨ªa oscura, 10 a?os?

R. Es posible que mucho m¨¢s, que tengamos que esperar a tener nuevos conocimientos fundamentales de gravitaci¨®n cu¨¢ntica para desvelar su naturaleza.