Científicos japoneses ‘viajan en el tiempo’ para explicar el origen del Universo

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

Hace unos 13 mil 800 millones de años, el Universo tuvo un principio y en menos de una billonésima de billonésima de microsegundo aumentó más de un billón de billones de veces su tamaño. Estas inmensas cifras, que resultan todavía incomprensibles para ser abarcadas en su totalidad por la percepción y la razón humana, representan el tiempo que el cosmos tardó en inflarse y llegar a su tamaño actual.

El fenómeno de la inflación aún no tiene una respuesta. Es decir, no se sabe con certeza por qué se produjo ni mucho menos se comprende si existió un motivo para que surgiera o no. Simplemente es y está ahí. Por lo que es uno de los grandes misterios de la cosmología, la ciencia que estudia al Universo en su conjunto a través de su composición y evolución.

Gracias a las computadoras, y al desarrollo de la inteligencia artificial que se beneficia del poder de éstas para procesar información de forma más rápida y eficiente, un grupo de astrónomos del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, encabezados por Masato Shirasaki, simularon más de cuatro mil Universos con el fin de reproducir la inflación temprana del mismo. Para ello utilizaron la supercomputadora ATERUI II que se especializa en resolver problemas de astronomía.

Se cree que el proceso inflacionario produjo diferentes densidades de materia, que afectaron la distribución del lugar donde se desarrollaron las galaxias. Ello explicaría también por qué éstas no están distribuidas de manera uniforme y homogénea, sino que se agrupan en grandes racimos que miden millones de años luz.

El modelo que actualmente existe sobre la inflación fue propuesto a finales de los años 70 por Alan Guth, un reputado teórico de la física que en aquel entonces trabajaba para la Universidad de Cornell. Justo en 1981, Guth propuso de manera formal que el Universo tuvo una fase exponencial de expansión.

En la imagen, Alan Guth. Foto: Brigitte Lacombe.

Un par de décadas antes, en los años 60, los físicos estadounidenses Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron por casualidad -mientras trabajaban en los Laboratorios Bell- la llamada “radiación de fondo de microondas”, que es un tipo de radiación electromagnética que llena todo. Esta radiación, que para los astrónomos es equiparable a los fósiles que estudian los paleontólogos, narra los primeros instantes del universo después de la Gran Explosión.

Con estos modelos por computadora, los científicos japoneses pretenden cartografiar  y reconstruir cómo se distribuyen las galaxias y con ello descartar aquellos modelos inflacionarios que no coinciden con los datos obtenidos.

El problema de cómo y por qué están distribuidas las galaxias de la forma en la que actualmente se encuentran, no solamente es un problema que atañe a la inflación, sino que tiene que ver también con cómo éstas se agrupan producto de la fuerza de gravedad. Dicha fuerza imprime sus propias características sobre cómo está constituida la estructura del Universo.

Cuando los científicos estudian el cosmos, en realidad están mirando hacia el pasado, de ahí que reconstruir su historia resulte de vital importancia para comprender el presente y el futuro.

La expansión del universo fue comprobada, mediante observaciones, por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953) en 1929. Para ello utilizó el telescopio del Observatorio Monte Wilson que mide 1.5 metros de diámetro. Con éste, Hubble se percató de que las galaxias tenían un corrimiento hacia el rojo y que se alejaban unas de otras cada vez a mayor velocidad.

El fenómeno del corrimiento hacia el rojo se hace evidente cuando los objetos se alejan. En la Tierra, lo podemos corroborar también a través de las ondas de sonido. Por ejemplo, si imaginariamente nos parásemos en una carretera, nos percataríamos de que, conforme un vehículo se acerca hacia donde estamos situados, las ondas sonoras que emite el motor se harían más agudas porque se comprimen.

Por el contrario, conforme el vehículo pase y se vaya alejando cada vez más, las ondas se harán más graves porque su longitud de onda será más pronunciada con respecto al punto en en el que se encuentra el observador. Si pudiésemos darle color a estas ondas, aquellas que se acercan tendrían un color azul, mientras que las que se alejan tendrían un color rojo.

A esta realidad física se le llama efecto Doppler y se aplica tanto a las ondas de luz como de sonido. Además, representa también aquello que pudo observar Edwin Hubble cuando midió por primera vez el corrimiento hacia el rojo de las galaxias en el Universo.

La tasa de expansión del Universo, conocida como constante de Hubble, mide justamente la velocidad a la que amplía. Actualmente, de acuerdo con los más recientes hallazgos, el cosmos se expande 70 kilómetros por segundo más deprisa por cada 3,26 millones de años luz de distancia. Ello significa que se expande cada vez a mayor velocidad y los astrónomos no encuentran todavía una causa exacta de por qué lo hace; aunque la hipótesis más aceptada indica que se debe a la energía oscura, una fuerza que conforma el 95% del contenido del universo que no emite luz ni ningún tipo de radiación.

El trabajo sobre simulaciones tempranas del Universo llevadas a cabo por Shirasaki y su equipo, se pueden consultar en el siguiente enlace: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.023506