Con galaxias y a lo loco

En el horno la masa de un pan de nueces se expande, pero las nueces no. Del mismo modo, observamos que el universo est¨¢ en expansi¨®n: las galaxias tienen tama?os estables, pero el espacio entre ellas se estira. Mirando el universo desde cualquier galaxia, astr¨®nomos de aqu¨ª o de all¨¢ podr¨ªan pensar que ellos est¨¢n en reposo mientras que los dem¨¢s se alejan, m¨¢s velozmente cuanto m¨¢s lejos est¨¦n. Pero esta velocidad es solo aparente: las nueces no se desplazan, es la masa la que se hincha. Edwin Hubble, en 1928, se hizo famoso por descubrir la expansi¨®n universal, aunque lo m¨¢s novedoso de su publicaci¨®n fuese el bello t¨ªtulo: El Reino de las Nebulosas (o galaxias). En su favor dir¨¦ que era un gran futbolista... pero eligi¨® ser astr¨®nomo. Los salarios relativos no eran lo que son.

Para comentar el descubrimiento premiado este a?o con el Nobel conviene ir pasito a paso. La expansi¨®n del pan es algo m¨¢s f¨¢cil de visualizar que la del cosmos. La entendemos (esta ¨²ltima) en el contexto de la teor¨ªa de la gravitaci¨®n de Einstein, o Relatividad General, comprobada -a escalas menores que el universo- con precisi¨®n asombrosa. El pan se expande en el espacio que lo circunda, pero el universo no. El espacio y el tiempo son propiedades intr¨ªnsecas del universo y nacieron con ¨¦l. La frase "al norte del Big Bang" es a¨²n m¨¢s indefendible que la de "antes del mismo".

Otros pasitos: una supernova es una estrella que explota; su luminosidad aumenta hasta competir con la de una galaxia entera. Las supernovas m¨¢s luminosas -visibles hasta mayor distancia- son de tipo Ia, apodadas SN Ia. Tienen masas tan grandes como la del Sol pero, antes de explotar, son tan peque?as como la Tierra. Consecuentemente, son muy densas: diga "p¨®ngame un litro de futura SN Ia" y le dar¨¢n una botella de dos toneladas de masa.

Al parecer, las SN Ia explosionan al volverse inestables tras haberse zampado parte de otra estrella muy cercana. No est¨¢ demasiado claro por qu¨¦, pero una virtud de estas supernovas es que su luminosidad es (con peque?as correcciones) fija o est¨¢ndar. Si tuvi¨¦ramos un tren est¨¢ndar (que pitase siempre con la misma nota e igual de fuerte) podr¨ªamos saber c¨®mo est¨¢ de lejos y a qu¨¦ velocidad va, midiendo la intensidad y frecuencia de su pitido; lo o¨ªmos m¨¢s flojo cuanto m¨¢s lejos est¨¢, m¨¢s grave cuanto m¨¢s raudo se aleja. Pues con la luz de las supernovas, igualito. Uno puede medir la distancia y la velocidad aparente de las galaxias en las que las SN Ia est¨¢n. Midiendo docenas de ellas, desde cercanas a muy lejanas, se consigue reconstruir buena parte de la historia de la expansi¨®n del universo. Historia porque mirando lejos miramos al pasado, la luz tarda en llegar.

La mitad del Nobel de F¨ªsica de 2011 le ha tocado a Saul Perlmutter, l¨ªder de un grupo de cazadores de supernovas y sendos cuartos a Brian Schmidt y Adam Riess, del grupo competidor. No se hubieran repartido el Gordo si el resultado no fuese inesperadamente loco: el universo no solo se expande, sino que est¨¢ acelerando. Cuando lo anunciaron, en 1998, hasta a ellos les costaba cre¨¦rselo.

M¨¢s pasos: a una bola de billar le basta su inercia para moverse a velocidad constante, un cohete necesita algo que lo acelere. Evitando discutibles imitaciones, lo ¨²nico capaz de acelerar la expansi¨®n del universo es su energ¨ªa oscura, que Einstein invent¨® bajo el nombre de constante cosmol¨®gica. Esa energ¨ªa ser¨ªa la del vac¨ªo, lo que quedar¨ªa en el cosmos si pudi¨¦ramos sustraerle toda la materia y radiaci¨®n que contiene. Que el vac¨ªo sea distinto de la nada es fascinante, que pueda ejercer sobre s¨ª mismo un efecto gravitacional repulsivo que acelere el universo... lo es m¨¢s. Pero la mayor sorpresa surge de la combinaci¨®n de los datos de las SN Ia con otros, en particular los de la radiaci¨®n c¨®smica de fondo, que nos llega de cuando el universo era un jovencito de 379.000 a?os de edad, unas 36.000 veces m¨¢s joven que ahora. En promedio, la energ¨ªa del vac¨ªo contribuye un 75% de la densidad de energ¨ªa del universo, el resto es materia, de la cual solo 1/5 es la ordinaria, de la que nosotros y las estrellas estamos constituidos.

Tambi¨¦n le atribuimos al vac¨ªo, por el llamado mecanismo de Higgs, la generaci¨®n de la masa de las part¨ªculas elementales, solo las part¨ªculas de luz tienen masa nula. Una vibraci¨®n de la sustancia del vac¨ªo ser¨ªa el tan buscado bos¨®n de Higgs, que algunos madridistas llaman la part¨ªcula de Mou. Pero el valor medido de la constante cosmol¨®gica y el que uno sospechar¨ªa a partir del mecanismo de Higgs discrepan enormemente, paso atr¨¢s.

Ultimo paso: el universo visible es una parte del universo, puesto que solo podemos ver hasta el horizonte: all¨¢ desde donde le ha dado tiempo a la luz a llegarnos desde que el cosmos naci¨®. Por eso, el a?o pasado el universo visible era un a?o-luz m¨¢s peque?o que hoy (incluso m¨¢s, ya que se est¨¢ expandiendo). La parte del universo que a¨²n no vemos se est¨¢ alejando de nosotros a una velocidad (?aparente!) mayor que la de la luz, que es la m¨¢xima a la que podemos enviar informaci¨®n de un lugar a otro. ?Pero del universo hoy invisible no nos llegar¨¢ informaci¨®n hasta que lo veamos!

Si los neutrinos pudiesen viajar m¨¢s r¨¢pido que la luz, como los autores del experimento Opera han anunciado recientemente, la explicaci¨®n m¨¢s razonable -de lejos- ser¨ªa que las leyes de la relatividad fueran v¨¢lidas para todo ente... menos el vac¨ªo. Pero los resultados de Opera, si as¨ª fuera, ser¨ªan inconsistentes consigo mismos. Por ahora, opino, Einstein puede reposar tranquilo, aunque su energ¨ªa oscura a¨²n no est¨¦ del todo clara.

??lvaro de R¨²jula es cient¨ªfico del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica del CSIC en la Universidad Aut¨®noma de Madrid y del Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN).