Hacia un universo menos desconocido

La semana pasada cien astrofísicos de todo el mundo se reunieron en un castillo italiano para analizar los resultados de uno de los satélites que busca pistas sobre el origen del Big Bang. Juan Soler, un colombiano que estuvo allí, relata qué sucedió.

Esta fue una de las imágenes que fueron reveladas la semana pasada. Es la fotografía más detalla de la galaxia tomada hasta el momento. / public.planck.fr

Las fachadas de ladrillo rojo de la calle 20 de Septiembre contrastan con el cielo gris y opaco que cubre a la ciudad italiana de Ferrara en esta época del año. En el costado sur de la calle se levanta una gran reja de metal que protege la entrada al patio del Palacio Costabili, un edificio de tres pisos con arcos blancos y escaleras de mármol construido en los tiempos del descubrimiento de América.

El palacio Costabili es en muchos sentidos una cápsula del tiempo. En su interior están los mapas que documentan los siglos de trabajo que transformaron esa región pantanosa del nororiente de Italia, plagada de mosquitos durante el verano y expuesta a las inundaciones durante el invierno, en un lugar donde la gente comenzó a cultivar alimentos y a prosperar. En sus salas están las vasijas y objetos de bronce que se encontraron al secar los pantanos, los últimos rastros de la desaparecida ciudad de Spina en donde habitaron los etruscos en el siglo VI antes de Cristo. Pero durante la semana pasada, en sus paredes se proyectaron las estriaciones del campo magnético, los diagramas de los grupos de galaxias, los mapas de la radiación de fondo de microondas y otros vestigios de la historia del universo encontrados por el observatorio espacial Planck.

Astrofísicos, físicos y cosmólogos de todo el mundo llegaron al Palacio Costabili para ver y discutir las observaciones de este satélite que midió la luz en frecuencias de microondas e infrarrojo en todo el cielo. Entre ellos se encontraban algunos de los que iniciaron este proyecto hace más de 22 años y había otros que se integraron al análisis cuando Planck llegó a su lugar: un punto entre las órbitas de Marte y la Tierra en 2009. También había algunos, como yo, que llegaron al proyecto para analizar los datos cuando ya se agotaban los gases refrigerantes de los instrumentos de Planck a finales de 2013.

Pensar que uno está sentado en la misma sala con las personas que escribieron los libros con los que uno aprendió las bases de la astrofísica es suficiente para que la cabeza comience a darle vueltas, pero hubo poco tiempo para eso. La idea de esta reunión era compartir los resultados del trabajo sobre los datos de Planck y, en palabras de Richard Feynman, “empujar las ideas contra los demás para ver si resisten”.

Por eso había espacios de comunicación además de las seis horas de charlas que estaban en el programa diario. En la pausa para el café, motor por excelencia de la investigación, un grupo discutía en francés sobre el campo magnético y otro hablaba en italiano sobre el nuevo telescopio que están montando en la Antártida, mientras un conjunto de personas discutía sobre los problemas de financiación para los jóvenes investigadores.

La ciencia es una construcción social y no está hecha solamente por una persona sino por una comunidad. Al meter a una buena parte de esa comunidad en un Palacio del siglo XV se generan canales de comunicación que ayudan a producir nuevas ideas. Los reunidos en el Costabili venían de distintas ramas de la física. Algunos eran especialistas en instrumentos o en física teórica, otros hasta tienen publicaciones en economía y unos más saben de cine y lo mismo pueden citar a Einstein que a Harry el sucio. Había también quienes pasan sus fines de semana tomando fotografías del firmamento o quienes han construido sus propios barcos para navegar alrededor del mundo.

Tras las huellas del Big Bang

Los múltiples acentos con los que hablaban inglés eran apenas una dimensión de la diversidad de los personajes que se encontraban en este lugar para conversar sobre Planck, una misión que se diseñó con el objetivo de profundizar la visión que tenemos de nuestro universo. ¿Cuál fue su origen? ¿Cuál es su edad? ¿Por qué es tan grande?

Hasta hace relativamente poco las respuestas a estas preguntas se planteaban en un contexto puramente filosófico y muchas veces mítico. Sin embargo, el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas hace 50 años convirtió a la cosmología en una ciencia predictiva. Es precisamente esa radiación de fondo, la luz fósil del Big Bang, la que Planck midió con gran precisión durante cuatro años.

De la misma forma en que el cielo nublado de la ciudad de Ferrara no deja pasar toda la luz del sol, la atmósfera de nuestro planeta no es transparente a algunas frecuencias de la luz, incluso en días despejados. Por esa razón los humanos hemos construido satélites que permiten obtener observaciones libres del efecto de nuestra atmósfera. Planck es el más reciente de esos observatorios espaciales.

Pero la recolección de información sobre la radiación de fondo de microondas desde el espacio comenzó en 1990 con la sonda COBE (siglas en inglés para Explorador del Fondo Cósmico) y en 2001 con WMAP (siglas en inglés para Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas). Estos satélites revelaron que, más allá de las estrellas y de las galaxias, la luz de microondas sirve de telón de fondo para todo lo que vemos en el cielo, y esta luz es tan homogénea que las variaciones de su intensidad en distintos lugares del firmamento son de menos del 0.01 por ciento.

Hoy, gracias a Planck, sabemos que la historia de nuestro universo está muy bien descrita por un modelo relativamente sencillo, en el que el universo comenzó hace 13.8 miles de millones de años y desde entonces se ha estado expandiendo por efecto de una forma de energía que llamamos energía oscura. En este modelo, más de una cuarta parte del universo está formado por la materia oscura que interactúa a través de la fuerza de gravedad con la materia conocida. La energía oscura, cuya naturaleza aún desconocemos, constituye poco menos del 70% de todo lo que existe. La materia oscura, cuya naturaleza sospechamos pero aún desconocemos, constituye poco más del 25%. La materia que conocemos, que incluye la antimateria, constituye apenas un 5%.

El hecho de que no veamos el 95% de lo que compone del universo no significa que sea completamente desconocido. De la misma forma en que un cazador en el bosque sabe que hay un oso al ver sus huellas, las marcas de sus garras y los restos de sus alimentos, los astrofísicos ven las huellas de la materia y la energía oscura en las trayectorias de las estrellas en las galaxias, en la luz de las supernovas distantes y en la estructura a gran escala del universo. No es la primera vez que seguimos este tipo de pistas. El planeta Urano fue descubierto por su efecto gravitacional en otros objetos muchos años antes de ser visto a través de un telescopio.

¿Cómo hacen para dormir los astrofísicos cuando buscan algo que nadie ha visto antes? En realidad, los astrofísicos no duermen mucho, pero el modelo del universo que construimos a partir de las observaciones de Planck explica muy bien otras observaciones independientes. Éstas incluyen la distribución de las galaxias, las abundancias de hidrógeno, helio y litio, y la expansión acelerada registrada en la luz de las supernovas distantes. Pero las observaciones de Planck están lejos de ser el último capítulo de nuestra historia.

Nuestro modelo del universo establece una relación entre muchos fenómenos distintos pero deja algunos cabos sueltos. Aunque podamos medir muy bien el contenido de energía y materia, aún no sabemos por qué el universo es tan grande y tan homogéneo. Tenemos muchas ideas pero pocas evidencias que respalden las respuestas a esas preguntas.

Una de esas pocas evidencias sería la existencia de ondas gravitacionales, como las que reportó el experimento BICEP2 en marzo de este año. Si el universo es tan similar en todas las direcciones, es posible que alguna vez haya estado conectado cuando tenía una escala muy, muy pequeña y luego se haya inflado exponencialmente en un tiempo muy corto. A esta idea se le llama inflación cósmica. Una inflación de tales proporciones tuvo que haber dejado huellas considerables en el espacio-tiempo. Estos rastros son las ondas gravitacionales que, como las estrías en la superficie de un globo de goma cuando se llena de aire, indican la historia de los cambios que produjeron el estado final que observamos.

Sin embargo, las observaciones de Planck indican que no hay ningún lugar en el cielo en el que la señal de las ondas gravitacionales pueda medirse directamente sin separarla de los efectos de la luz que proviene del polvo interestelar. Qué porción de la señal reportada por BICEP2 corresponde a ondas gravitacionales y cuál al polvo interestelar caracterizado por Planck, es una de las grandes noticias que nos aguardan para el fin de 2014.

Para los astrofísicos en el palacio Costabili la semana pasada fue la conclusión de muchos años de trabajo en los que pasaron de la idea sencilla de medir la luz en muchas frecuencias en el cielo a observar un universo simple pero misterioso, trenzado por campos magnéticos, nublado por el polvo interestelar, estructurado como una esponja de materia oscura en continua expansión por el efecto de la energía oscura.

Para los vecinos de la calle 20 de Septiembre, no cambiará el precio del café con la expansión acelerada del universo, ni cambiarán los mercados que rigen sus hipotecas por el efecto del campo magnético. Pero nadie se puede imaginar aún cómo cambiará el mundo con las nuevas generaciones. Para ellas el universo será un lugar menos desconocido. 

@juandiegosoler

* Investigador colombiano del Instituto de Astrofísica Espacial (Francia).