El comienzo del comienzo

Mil¨¦simas de segundo es lo que tarda el impulso nervioso en transmitirse entre las neuronas. Cien billon¨¦simas de segundo es lo que tarda la luz en atravesar un pelo humano. Y cien trillon¨¦simas de segundo es la fracci¨®n de tiempo m¨¢s peque?a jam¨¢s medida por un humano. ?Tiene sentido pensar en pedazos temporales m¨¢s breves? ?Qu¨¦ puede pasar m¨¢s r¨¢pido que eso?? Pues un universo. El nacimiento de un universo.

Cuando hoy en d¨ªa los cosm¨®logos reconstruyen la historia del cosmos pueden retroceder en el tiempo hasta billon¨¦simas de segundo despu¨¦s del tiempo cero. Incluso hasta un poco m¨¢s atr¨¢s. Es decir, pueden acercarse al origen hasta casi tocarlo, y ese casi es una mota de tiempo inimaginablemente peque?a. Pero no insignificante. Al contrario. Miles de cient¨ªficos en todo el mundo trabajan para rellenar ese ¨ªnfimo agujero en la cronolog¨ªa de c¨®mo empez¨® todo. ?C¨®mo lo llevan? Seg¨²n. Si considera lo mucho que se ha avanzado en la ¨²ltima d¨¦cada, no es que se alegren, es que se emocionan. Pero si miran hacia delante, lo que ven son preguntas cruciales a¨²n sin respuesta, misterios para los que ni siquiera hay pistas. En este reportaje hablamos con varios de ellos. Sus palabras indican que la cosmolog¨ªa actual, la ciencia que investiga el origen y la evoluci¨®n del universo, est¨¢ ahora en un momento de cosquilleo. Como si sonara de fondo la m¨²sica del cl¨ªmax en una pel¨ªcula de suspense.

"Ciertamente, la ¨²ltima d¨¦cada ha sido extraordinaria en cosmolog¨ªa", afirma por correo electr¨®nico Jan Tauber, jefe cient¨ªfico de Planck, el primer sat¨¦lite de la Agencia Espacial Europea (ESA) destinado a investigar el origen del cosmos. "La visi¨®n que tenemos del universo ha cambiado radicalmente (y me parece que la mayor¨ªa de la gente que no sigue la ciencia de cerca no se ha dado cuenta). Sabemos much¨ªsimo m¨¢s que hace 10 o 15 a?os, y algunas predicciones se han confirmado de forma asombrosa, pero sin duda ahora tambi¨¦n tenemos muchas m¨¢s preguntas totalmente abiertas. Por un lado, tanto cambio ha sido muy bueno para revitalizar la cosmolog¨ªa, pero al mismo tiempo no puedo evitar cierta desconfianza, puramente instintiva, en el modelo que hemos creado".

Tauber no se refiere a que haya cambiado el modelo general que describe los primeros momentos de existencia del universo. El famoso Big Bang, la gran explosi¨®n de la que hablan ya los libros de texto, no s¨®lo sigue vigente, sino que est¨¢ cada vez m¨¢s consolidado. Se considera probado que, cuando el universo empez¨®, hace unos 13.700 millones de a?os, todo era muy denso y caliente, con la materia y la energ¨ªa comprimidas en un espacio min¨²sculo. Con el tiempo, el cosmos fue expandi¨¦ndose y enfri¨¢ndose, y se formaron las primeras estrellas -entre 100 y 200 millones de a?os despu¨¦s del Big Bang-, las primeras galaxias -entre 500 y 700 millones de a?os despu¨¦s del Big Bang-, los primeros c¨²mulos de galaxias? Nuestro sistema solar tiene unos 4.500 millones de a?os, y la temperatura actual del universo, medida en el espacio exterior, es de unos 270 grados cent¨ªgrados bajo cero. El cosmos realmente se ha enfriado.

El modelo marco del Big Bang, pues, no ha cambiado. Pero s¨ª lo han hecho, y radicalmente, sus detalles. Detalles nada despreciables. Por ejemplo, ahora hay bastantes evidencias de que en sus primer¨ªsimos instantes el universo se expandi¨® a una velocidad enorme, mayor que la de la luz. En una etapa que dur¨® fracciones de segundo el universo pas¨® de tener un tama?o microsc¨®pico a una escala de cent¨ªmetros, algo comparable a que una canica crezca de repente hasta el tama?o de todo el universo observable hoy d¨ªa. Es un fen¨®meno llamado inflaci¨®n.

Otro nuevo detalle es la aparici¨®n de la energ¨ªa oscura. Desde 1998 se sabe que existe una forma de energ¨ªa en el universo de naturaleza completamente desconocida. Y, por si eso no bastara, hace apenas tres a?os se descubri¨® que esa energ¨ªa oscura es el 75% de todo lo que contiene el universo. En otras palabras, el principal ingrediente del universo es algo que no conocemos en absoluto, y encima nos acabamos de enterar. As¨ª que la pregunta ?qu¨¦ es la energ¨ªa oscura? ocupa ahora las primeras posiciones en el top-ten cosmol¨®gico de misterios sin resolver, seguida de cerca por ?qu¨¦ caus¨® la inflaci¨®n?

Las respuestas a ¨¦stas y otras cuestiones tienen que ver, probablemente, con lo que pas¨® muy al principio de todo, con esas trillon¨¦simas de segundo de las que no se sabe nada o casi nada. Si podemos reconstruir lo que pas¨® en el Big Bang hasta una peque?¨ªsima fracci¨®n de segundo despu¨¦s del tiempo cero, ?no basta? ?No se puede redondear y dar el asunto por cerrado? Responde Rafael Rebolo, del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias (IAC): "Nooo. Aunque las diferencias de tiempo de las que hablamos son muy peque?as, las diferencias de energ¨ªa son enormes. La energ¨ªa en los primeros instantes del universo aumenta tan r¨¢pido a medida que retrocedemos en el tiempo, que los fen¨®menos que pueden haberse producido en cada instante son muy distintos. Ah¨ª cada fracci¨®n de segundo cuenta".

Pero ?c¨®mo explorar lo que ocurri¨® tan atr¨¢s en el tiempo? En este punto, los cosm¨®logos est¨¢n en desventaja respecto a otros f¨ªsicos: ellos no pueden ni intentar reproducir un Big Bang en el laboratorio (a menos que sea, claro, una simulaci¨®n de ordenador). Un peque?o inconveniente que destacan dos de los cosm¨®logos consultados: Rebolo, que dirige uno de los tres equipos espa?oles que participan en el sat¨¦lite europeo Planck, y que ha desarrollado varios experimentos en cosmolog¨ªa, y Juan Garc¨ªa-Bellido Capdevila, f¨ªsico te¨®rico de la Universidad Aut¨®noma de Madrid que ha trabajado con los creadores de la teor¨ªa de la inflaci¨®n. Rebolo es m¨¢s bien lo que se dice un observacional: trabaja con instrumentos que dan informaci¨®n sobre el origen del universo. Garc¨ªa-Bellido se dedica sobre todo a crear modelos que servir¨¢n para entender los datos. Pero los dos resaltan que, en cosmolog¨ªa, la ¨²nica posibilidad de avanzar es extraer la informaci¨®n que ya est¨¢ en la naturaleza.

En realidad, s¨ª hay una forma de acercarse artificialmente al Big Bang: los aceleradores de part¨ªculas. En estos enormes t¨²neles subterr¨¢neos se inyectan part¨ªculas subat¨®micas que viajan, y chocan entre s¨ª, a velocidades pr¨®ximas a las de la luz; en cada colisi¨®n se libera energ¨ªa y tienen lugar fen¨®menos que dan pistas sobre lo que ocurr¨ªa en el universo en la ¨¦poca en que hab¨ªa ese rango de energ¨ªas. S¨®lo que las energ¨ªas del momento mismo del Big Bang siguen quedando muy lejos. "En los aceleradores de part¨ªculas se alcanzan energ¨ªas muy elevadas, pero no se llegan ni much¨ªsimo menos a reproducir las condiciones del Big Bang", dice Garc¨ªa-Bellido. "Se ha calculado que para eso necesitar¨ªamos un acelerador tan grande como la propia galaxia. S¨ª, los f¨ªsicos conocemos nuestras limitaciones. Lo ¨²nico que podemos hacer es inferir, de lo que vemos, c¨®mo deb¨ªa ser el universo temprano". A pesar de todo, la informaci¨®n de los aceleradores es muy valiosa. El propio Garc¨ªa-Bellido cree que el acelerador LHC, en construcci¨®n en el Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN), cerca de Ginebra, podr¨ªa dar informaci¨®n sobre la inflaci¨®n.

As¨ª que, a falta de 'big bangs' experimentales, los cosm¨®logos buscan en el universo actual las huellas que ha dejado su energ¨¦tico origen. Porque haberlas, haylas. Una de estas huellas, apodada a menudo el f¨®sil del Big Bang, es la llamada radiaci¨®n de fondo. Sin entrar en detalles, la radiaci¨®n de fondo es la primera luz -aqu¨ª sin¨®nimo de radiaci¨®n, o de energ¨ªa- que pudo viajar libremente por el universo. Esto ocurri¨® unos 380.000 a?os despu¨¦s del origen, en un universo mil veces m¨¢s peque?o que el actual. Los f¨ªsicos cuentan que antes de ese momento materia y energ¨ªa estaban acopladas: la alt¨ªsima temperatura hac¨ªa que las piezas de los ¨¢tomos, los n¨²cleos y los electrones, estuvieran sueltas, y las part¨ªculas de luz tropezaban constantemente con los electrones. Un s¨ªmil com¨²n es el de un haz de luz en medio de la niebla. S¨®lo cuando el universo se enfri¨® lo bastante como para que se formaran ¨¢tomos neutros -exactamente, a 3.000 grados de temperatura- pudo por fin la luz moverse por su cuenta. Al hacerlo llen¨® todo el universo, y a¨²n hoy lo hace.

Ahora, en un cosmos mucho m¨¢s fr¨ªo, la radiaci¨®n de fondo se ve en el cielo con detectores de microondas. Es lo m¨¢s antiguo, y, por tanto, lejano, que el hombre puede estudiar, en t¨¦rminos absolutos. Todas las estrellas y galaxias, cualquier cosa detectable en el cielo est¨¢ m¨¢s pr¨®xima en el espacio y en el tiempo que la radiaci¨®n de fondo. As¨ª que la luz f¨®sil del Big Bang viene a ser como un papel de pared sobre el que cuelgan los dem¨¢s objetos celestes.

Lo interesante es que, como todo buen f¨®sil, conserva mucha informaci¨®n sobre los primeros instantes del cosmos. Es como si, al separarse energ¨ªa y materia 380.000 a?os despu¨¦s del Big Bang, la una conservara una foto de la otra en el instante mismo del desacople. Quien m¨¢s detalles logre ver en esa foto, m¨¢s sabr¨¢ sobre el origen de todo. El proceso de lectura de la radiaci¨®n de fondo, la excavaci¨®n arqueol¨®gica en el f¨®sil del Big Bang, ya ha comenzado; de hecho, el Nobel de F¨ªsica de 2006 fue para los investigadores del primer sat¨¦lite que logr¨® ver algo: el COBE, de la NASA.

Al contrario que la luz de una estrella, la radiaci¨®n de fondo llena todo el cielo de forma uniforme; es casi, casi igual de intensa se mire donde se mire; esto prueba que viene del Big Bang, de todo el universo; de haber sido emitida por un objeto m¨¢s reciente ser¨ªa m¨¢s intensa en las inmediaciones de ese objeto. Pero la chicha est¨¢ en el casi. Seg¨²n la teor¨ªa, antes de la separaci¨®n energ¨ªa-materia, en esta ¨²ltima hab¨ªa irregularidades, como grumos o, mejor, semillas; semillas que con el tiempo crecieron a base de atraer a su alrededor m¨¢s materia, hasta que formaron las grandes estructuras de materia que vemos hoy: galaxias, c¨²mulos de galaxias? Como la radiaci¨®n de fondo es una foto de la materia en el momento de la separaci¨®n, si la materia ten¨ªa irregularidades, tambi¨¦n la radiaci¨®n debe tenerlas. Efectivamente, el sat¨¦lite COBE, y poco despu¨¦s un experimento en el observatorio del Teide, las encontr¨®. Las irregularidades se detectaron como variaciones de temperatura debil¨ªsimas, de cienmil¨¦simas de grado, en la radiaci¨®n de fondo.

Ahora bien, la historia de estas irregularidades no acaba con su detecci¨®n. Cada modelo cosmol¨®gico hace predicciones muy precisas sobre c¨®mo deben ser las irregularidades, lo que significa que estudi¨¢ndolas se puede escoger entre las distintas versiones del Big Bang y sus correspondientes descripciones del universo. De ah¨ª que la radiaci¨®n de fondo se haya seguido estudiando cada vez con m¨¢s detalle en la ¨²ltima d¨¦cada. En globos lanzados a la estratosfera, en observatorios de Tierra y a bordo de otro sat¨¦lite de la NASA, el WMAP, nuevos instrumentos que proporcionan resultados sorprendentes. Tanto, que se habla ya de cosmolog¨ªa de precisi¨®n.

Analizando la radiaci¨®n de fondo se ha logrado determinar varios par¨¢metros clave, como la edad del universo, su geometr¨ªa y su composici¨®n. La edad ya se ha dicho: 13.700 millones de a?os. Lo que los cosm¨®logos llaman la geometr¨ªa tiene que ver con el destino del universo. Por ejemplo, hoy todo apunta a que vivimos en un universo plano, lo que significa que seguir¨¢ expandi¨¦ndose siempre.

Respecto a la composici¨®n, se ha confirmado la existencia de esa misterios¨ªsima energ¨ªa oscura mencionada al principio. Lo explica Enrique Mart¨ªnez, del Instituto de F¨ªsica de Cantabria y tambi¨¦n coinvestigador en el sat¨¦lite Planck: "Lo que se ha encontrado es que el universo est¨¢ hecho de un 75% de energ¨ªa oscura; un 5% de materia bari¨®nica, que es materia normal, de la que estamos hechos nosotros, y un 20% de materia oscura". La emoci¨®n es doble. Por un lado, como dice Garc¨ªa-Bellido, es "sorprendente que nosotros [la materia de que estamos hechos] somos una minor¨ªa. Llama la atenci¨®n que seamos tan poquita cosa". "Adem¨¢s", afirma Mart¨ªnez, "no sabemos qu¨¦ es la energ¨ªa o la materia oscuras, y eso hace que estemos un poco perdidos, en un comp¨¢s de espera".

La materia oscura es menos novedad. Es un tipo de materia que no se ve con ning¨²n telescopio, no brilla de ninguna manera, pero s¨ª ejerce una atracci¨®n gravitatoria. La energ¨ªa oscura, en cambio, es una sorpresa de hace ocho a?os. En 1998 dos grupos se dedicaban a observar supernovas para tratar de medir el ritmo de expansi¨®n del universo y descubrieron que se est¨¢ acelerando: el cosmos aumenta de tama?o cada vez m¨¢s r¨¢pido. Era un giro inesperado. Igual que la onda expansiva de una explosi¨®n se desvanece con el tiempo, los astr¨®nomos supon¨ªan que la expansi¨®n ir¨ªa fren¨¢ndose poco a poco, contrarrestada por la fuerza de atracci¨®n gravitatoria entre la materia. "Pero no, lo que se vio fue lo contrario", dice Mart¨ªnez. "Significaba que deb¨ªa haber una especie de fuerza que contrarrestara la fuerza de la gravedad. Deb¨ªa haber una energ¨ªa oscura de sentido contrario a la gravedad". El hallazgo era importante y como tal fue sometido a un duro escrutinio, pero cuando en 2003 se publicaron las mediciones de WMAP de la radiaci¨®n de fondo de microondas, la revista Science public¨®: "Durante los ¨²ltimos cinco a?os los cosm¨®logos han tratado de averiguar si el sorprendente, antiintuitivo, modelo de un universo hecho de materia oscura y deslavazado por la energ¨ªa oscura podr¨ªa ser correcto. Este a?o, gracias a WMAP [y a otras observaciones], la respuesta es que s¨ª. Y ya est¨¢n empezando a hacerse nuevas preguntas".

?C¨®mo averiguar m¨¢s sobre esa energ¨ªa oscura? Es el objetivo del proyecto internacional Dark Energy Survey, en el que participa Garc¨ªa-Bellido. Consiste, entre otras cosas, en observar supernovas mucho m¨¢s distantes, para aclarar c¨®mo ha variado el ritmo de la expansi¨®n y c¨®mo se ha comportado la energ¨ªa oscura a lo largo de la historia del cosmos.

Otro objetivo del futuro inmediato es extraer a¨²n m¨¢s informaci¨®n de la radiaci¨®n de fondo. El pr¨®ximo sat¨¦lite en el que la comunidad cosmol¨®gica tiene puestas sus esperanzas es en el europeo Planck, que se lanzar¨¢ en 2008 y en el que est¨¢n implicados varios centenares de cient¨ªficos -en Espa?a, adem¨¢s del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias y del Instituto de F¨ªsica de Cantabria, participa la Universidad de Granada-. Su misi¨®n principal ser¨¢ medir las diferencias de temperatura de la radiaci¨®n con una precisi¨®n no alcanzada antes.

?Rellenar¨¢ por fin este sat¨¦lite el min¨²sculo espacio en blanco que queda en la cronolog¨ªa del Big Bang? Ni hablar. Las cosas han cambiado tanto desde que se dise?¨® el Planck que ya hay aspectos que no podr¨¢ abordar. Es de prever que las inc¨®gnitas tambi¨¦n se sigan expandiendo.