Grandes preguntas acerca del Universo

El astrónomo Fred Hoyle llamó 'big bang' o 'gran explosión' al momento en que comenzó la expansión mientras defendía la hipótesis alternativa del 'estado estacionario', un Universo sin principio ni fin, eternamente estable. Pero en 1929 los cálculos de Edwin Hubble confirmaron la expansión y en 1948 George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman predijeron que el 'big bang' habría producido una radiación de fondo de microondas que sería su huella perdurable. Dicha radiación fue descubierta en 1965 por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson, logro que les supuso el Nobel de Física. Para 1970, el consenso en la física era que el Big Bang es el origen del Universo, ocurrido hace unos 13.800 millones de años.

La respuesta llevó a nuevas preguntas. Y una de las más relevantes es la de la 'asimetría' de la materia y la antimateria.

La antimateria está formada por partículas de la misma masa que las de la materia normal, pero de cargas opuestas. Así, el positrón, de carga positiva, es la antipartícula del electrón, de carga negativa. La materia se crea a partir de la energía siempre en pares de partícula-antipartícula. Si ambas entran en contacto, se aniquilan mutuamente. Esto quiere decir que a partir del Big Bang, en los primeros instantes de l Universo, deben haberse creado iguales cantidades de materia y antimateria…

Todo lo que podemos detectar, todas las partículas que nos forman a nosotros y a todo lo que nos rodea, desde el más sencillo átomo de hidrógeno hasta el más denso y amenazante agujero negro, están formadas por materia, mientras que en el Universo se encuentra muy poca antimateria. Si las partículas de materia y antimateria se crearon en las mismas cantidades, como lo indica la Física… ¿qué pasó para que la materia sobreviviera y la antimateria no? Más aún, ¿por qué no se aniquilaron entre sí todas las partículas y sus antipartículas hasta dejar en el Universo solo una sopa de energía? ¿Cuál fue el mecanismo, la fuerza, el acontecimiento por el cual sobrevivió la materia y se produjo una asimetría?

Esta pregunta no tiene aún respuesta, pero muchísimos físicos trabajan hoy día explorando distintas hipótesis tanto teóricas como prácticas para descubrir la explicación a esta aparente anomalía.

Otra pregunta, que al parecer recientemente se ha respondido, se presenta algunos cientos de millones de años después del Big Bang, cuando nuestro joven Universo era una cálida sopa homogénea de partículas con grandes cantidades de energía. A medida que este material se expandía como resultado de la gran explosión originaria, empezó a enfriarse y sus partículas empezaron a formar hidrógeno. Poco a poco, el Universo dejó de ser esa masa homogénea, zonas más densas se atrajeron gravitacionalmente y crearon lugares con más materia y espacios menos poblados entre ellas, evolucionando hasta ser lo que podemos observar hoy, donde la materia está reunida en galaxias, estrellas, planetas, cometas, agujeros negros y demás cuerpos celestes. Las mayores estructuras, las galaxias, se encuentran principalmente en ciertas zonas del Universo, pero en una distribución que no es uniforme, no tiene una alineación detectable. Al mismo tiempo, otras zonas tienen muy pocas galaxias.

¿Cómo se desarrolló esta estructura singular? Recientemente, un estudio de diez años que revisó decenas de miles de galaxias con el telescopio Magallanes Baade en Chile ha permitido empezar a desenredar la madeja de la estructura del Universo. El trabajo se dedicó a estudiar la relación entre el crecimiento de las galaxias y el entorno que las rodea durante los últimos 9.000 millones de años, que fue el momento en que empezó a definirse el aspecto de las galaxias actuales.

Con los datos obtenidos, los científicos han creado un modelo que parece explicar el mecanismo de formación de estas áreas de concentración de masa… las galaxias.

Todo intento por calcular las interacciones gravitacionales entre todas las partículas del Universo es, simplemente, demasiado complejo, un desafío matemático colosal. Y las aproximaciones matemáticas dejaban espacio para demasiadas inexactitudes. Sin embargo, contando la masa presente en las estrellas de una gran cantidad de galaxias muy lejanas, los investigadores obtuvieron información con la cual formularon una nueva aproximación que reveló, entre otras cosas, que las agrupaciones más grandes de materia crecen más rápidamente que las más pequeñas, lo cual explica cómo las galaxias van adoptando su forma y distribución actuales. La infancia del Universo y el plan general sobre el cual se desarrolló, su 'hoja de ruta gravitacional', de pronto les resultan más claros a los cosmólogos.

Las zonas de menor densidad de galaxias puede ser, además, donde se ocultan los otros dos misterios más profundos del Universo: materia oscura y la energía oscura. El estudio del movimiento de las estrellas sugirió ya desde 1922 que la masa presente en el plano galáctico debería ser mucho mayor que la observable, es decir, que había una 'materia oscura' que nuestros telescopios no podían detectar pero que era mucho más abundante que la materia visible… hoy se calcula que el 85% de la materia del Universo es oscura, pero aún no hemos podido hallarla.

Energía oscura, por su parte, es el nombre que se da a una fuerza desconocida que es responsable de que la expansión del Universo, esa que demostró Edwin Hubble, en vez de irse haciendo más lenta desde el Big Bang esté, en realidad, acelerándose. De hecho, la imagen que enfrentan los cosmólogos es aún más compleja, pues efectivamente la expansión del Universo había estado desacelerando hasta siete u ocho mil millones de años después del Big Bang, cuando una extraña fuerza 'antigravitatoria' empezó a acelerar la expansión.

Y, por supuesto, las soluciones a estos misterios nos presentarán aún nuevas preguntas que deberemos responder en la interminable complejidad del Universo.