Defectos en el universo primitivo

En el mapa del cielo que est¨¢ haciendo el sat¨¦lite WMAP se aprecia una gran mancha muy fr¨ªa en la radiaci¨®n m¨¢s antigua que se puede ver. La descubrieron hace cuatro a?os unos f¨ªsicos espa?oles y nadie encontr¨® una buena explicaci¨®n. Ellos, por supuesto, siguieron d¨¢ndole vueltas al asunto, estudiando m¨¢s datos y haciendo m¨¢s an¨¢lisis, y ahora creen que han logrado aclarar el origen de la mancha: se trata de la huella de algo llamado textura c¨®smica, una extra?a burbuja de energ¨ªa o, sencillamente, un defecto del universo primitivo. "Aunque sea radical, la hip¨®tesis de la textura es la explicaci¨®n m¨¢s plausible de las propuestas para la mancha", escriben estos investigadores en la revista Science, donde presentan su trabajo. Si est¨¢n en lo cierto, debe haber m¨¢s defectos cosmol¨®gicos en forma de manchas fr¨ªas o calientes, la cuesti¨®n es descubrirlas.

Unos espa?oles descubrieron la zona en el cielo hace cuatro a?os

Inmediatamente despu¨¦s de la explosi¨®n inicial, el universo ultracaliente y ultradenso empez¨® a enfriarse y a expandirse. Al ir cayendo la temperatura se produjeron transiciones de fase, algo f¨¢cil de comprender si se piensa en la congelaci¨®n del agua l¨ªquida, cuando se convierte en hielo. Las transiciones de fase del universo primitivo son m¨¢s ex¨®ticas, pero igual que en el cubito de hielo se forman irregularidades en el proceso de cristalizaci¨®n de l¨ªquido a s¨®lido, en el cosmos pudieron formarse defectos en las transiciones de fase, aunque no se hab¨ªa detectado ninguno hasta ahora.

La idea se remonta a hace casi 30 a?os, cuando unos f¨ªsicos de part¨ªculas te¨®ricos conjeturaron que en las transiciones de fase del universo ultracaliente primitivo, a la vez que las fuerzas fundamentales dejaban de estar unificadas, cuando apenas hab¨ªan transcurrido unas millon¨¦simas de segundo desde el Big Bang, se podr¨ªan formar esos defectos. Pero no se detect¨® algo as¨ª en el cosmos.

Ahora, los investigadores del Instituto de F¨ªsica de Cantabria (IFCA) Marcos Cruz, Patricio Vielva y Enrique Mart¨ªnez, junto con dos colegas brit¨¢nicos, han rescatado esa conjetura porque encaja muy bien con lo que ellos hab¨ªan observado en el cielo: el defecto, la textura, dejar¨ªa una huella en forma de gran mancha de mayor o menor temperatura -en este caso menor- que la media de la radiaci¨®n de fondo que mide WMAP.

El universo primitivo estaba demasiado caliente para que se formaran ¨¢tomos y para que se emitieran los fotones de la luz. No fue hasta unos 380.000 a?os despu¨¦s de la explosi¨®n inicial cuando el cosmos, expandi¨¦ndose y enfri¨¢ndose, alcanz¨® una temperatura suficientemente baja para que se unieran electrones y protones formando primeros ¨¢tomos de hidr¨®geno y empezando los fotones de la luz a circular libremente. El cosmos, en ese momento, se hizo transparente. El s¨ªmil de la piscina de agua hirviendo llena de burbujas que se enfr¨ªa y, al alcanzar una temperatura inferior al punto de ebullici¨®n del agua, se hace transparente, es un s¨ªmil ¨²til.

Lo que el WMAP mide es la radiaci¨®n del universo emitida en aquel momento, 380.000 a?os despu¨¦s de la explosi¨®n inicial o, lo que es lo mismo, hace 13.500 millones de a?os. Es la radiaci¨®n -muy fr¨ªa- m¨¢s antigua que se puede ver, ya que antes el universo era opaco. Se descubri¨® en 1965.

"Esta radiaci¨®n, que se observa ahora en todas las direcciones del cielo a una temperatura de unos 270 grados cent¨ªgrados bajo cero, representa la mejor prueba de un pasado denso y caliente del universo en el que los ¨¢tomos estaban divididos en sus componentes m¨¢s elementales. Este escenario cosmol¨®gico es lo que denominamos com¨²nmente como Big Bang", explica Mart¨ªnez.

Esa radiaci¨®n de fondo, que parec¨ªa uniforme, result¨® no serlo cuando se lograron desarrollar sensores suficientemente sensibles para detectar min¨²sculas variaciones de temperatura, peque?as irregularidades que servir¨ªan para explicar por qu¨¦ ahora la materia no est¨¢ uniformemente repartida por el cosmos sino agrupada formando conjuntos de galaxias, galaxias, estrellas y planetas. Y WMAP, m¨¢s sensible que su predecesor COBE, tambi¨¦n de la NASA, est¨¢ haciendo un mapa de alta precisi¨®n de esas ligeras variaciones de temperatura.

"Hace unos cuatro a?os, un grupo de investigadores del IFCA descubrimos la presencia de una mancha muy fr¨ªa y muy grande en el mapa de todo el cielo producido durante el primer a?o de funcionamiento de WMAP, algo que hab¨ªa pasado desapercibido para el propio equipo cient¨ªfico responsable del sat¨¦lite", recuerda Mart¨ªnez.

La mancha es realmente grande, unos 10 grados de di¨¢metro -la Luna mide medio grado en el cielo- y su origen era un misterio. La explicaci¨®n aparentemente m¨¢s sencilla la propusieron unos cient¨ªficos estadounidenses: es un gran vac¨ªo c¨®smico, una regi¨®n del cielo donde no hay galaxias.

Pero a los f¨ªsicos de Cantabria no les cuadraba este gran vac¨ªo con su mancha fr¨ªa, que segu¨ªan estudiando. "Ser¨ªa un vac¨ªo de proporciones descomunales (de varios cientos de millones de a?os luz de di¨¢metro)", dicen, "y en total contradicci¨®n" con la teor¨ªa est¨¢ndar del Big Bang. "La explicaci¨®n de la mancha como un gran vac¨ªo no es otra cosa que solucionar un problema creando otro problema", afirma Mart¨ªnez. Sin embargo, la hip¨®tesis del defecto, de la textura c¨®smica, encaja mucho mejor con los datos de la mancha fr¨ªa, dicen Cruz y sus colegas.

La idea es que en aquella remota transici¨®n de fase de la materia y radiaci¨®n del universo primitivo (como en la cristalizaci¨®n imperfecta del cubito de hielo), se formar¨ªan unos objetos tridimensionales, como unas burbujas de energ¨ªa, cuya huella ser¨ªa identificable en la luz del universo cuando ¨¦ste se hizo transparente. "Dentro de una de esas burbujas, los campos energ¨¦ticos que forman la textura est¨¢n enmara?ados", explica Cruz. "Las texturas y otros defectos deber¨ªan ser detectables como variaciones de temperatura en la radiaci¨®n de fondo c¨®smico de microondas [lo que detecta el WMAP]".

?Por qu¨¦ detecta el sensor del sat¨¦lite la huella de esa burbuja de energ¨ªa enmara?ada? Porque la radiaci¨®n, la luz fr¨ªa del fondo de microondas, siente su efecto gravitatorio al pasar cerca, efecto que ve el sat¨¦lite en forma de mancha fr¨ªa, contesta Mart¨ªnez. La teor¨ªa indica que se formar¨ªan no uno, sino muchos defectos, fr¨ªos y calientes; los cient¨ªficos est¨¢n busc¨¢ndolos.

Los propios autores de la investigaci¨®n publicada en Science, as¨ª como otros expertos, advierten de que la cuesti¨®n no est¨¢ zanjada. "Aunque el origen de la mancha fr¨ªa no est¨¢ totalmente demostrado, este hallazgo podr¨ªa aportar nuevos puntos de vista sobre la infancia del universo", dice Cruz.

Su colega Neil Turok, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) a?ade: "Ser¨¢ muy interesante ver si esta explicaci¨®n se confirma en los pr¨®ximos a?os. Si es as¨ª, las implicaciones ser¨¢n extraordinarias porque las propiedades del defecto proporcionar¨¢n una ventana absolutamente ¨²nica abierta hacia la unificaci¨®n de las part¨ªculas y las fuerzas", unificaci¨®n que se romper¨ªa en aquella transici¨®n de fase a la vez que se formar¨ªan las texturas en el universo primitivo enfri¨¢ndose.

"El futuro sat¨¦lite Planck de la ESA, que medir¨¢ el cielo de microondas con mayor precisi¨®n que WMAP y cuyo lanzamiento est¨¢ previsto para julio de 2008, podr¨¢ confirmar la presencia de ¨¦sa y otras texturas en el universo", se?ala Vielva.