Representación de las llamadas «cuerdas cósmicas» - Archivo
Llamadas «cuerdas cósmicas», serían sutiles líneas de energía que se extienden a través del espacio, imperfecciones en el espacio-tiempo que proceden de la época del Big Bang
El Universo en que vivimos podrá estar repleto de «grietas espacio-temporales», aunque actualmente no podemos verlas con nuestros telescopios. Esa es la principal conclusión de un estudio llevado a cabo por investigadores del Departamento de Física de la Universidad McGill, en Montreal, y que acaba de publicarse en arXiv.org.
Las grietas, si es que realmente existen, se habrían formado muy poco después del Big Bang, cuando el Universo empezaba ya a enfriarse y pasaba de ser una nube de plasma ardiente a algo más parecido a lo que vemos hoy. Según las teorías actuales, ese gran enfriamiento, o «transición de fase», como lo llaman los físicos, comenzó antes en unos lugares que en otros. De modo que las «burbujas» más frías se formaron y se fueron extendiendo por el espacio hasta encontrarse con otras burbujas. Al final, todo el espacio hizo la misma transición y el viejo Universo desapareció.
Sin embargo, el viejo estado de alta energía anterior podría haber sobrevivido en las zonas fronterizas de esas burbujas frías en expansión, dando lugar a grietas en la estructura misma del espacio-tiempo. Grietas que no permitieron que las burbujas encajaran a la perfección. Algunos físicos creen que sería posible, aún en la actualidad, encontrar evidencias de esos « defectos de fábrica», conocidos como «cuerdas cósmicas». Y el mejor lugar para hacerlo sería el fondo cósmico de microondas (CMB por sus siglas en inglés), el calor residual del Big Bang que aún hoy permea todo el Universo. Sin embargo, según los autores del trabajo, la evidencia sería demasiado débil como para que nuestros instrumentos pudieran detectarla.
Desde luego, según explica Óscar Hernández, coautor de la investigación, las cuerdas cósmicas son objetos realmente difíciles de imaginar, aunque tienen análogos en nuestro propio mundo. «¿Ha caminado alguna vez sobre un lago helado? -explica Hernández a la revista Live Science- ¿Ha notado grietas en el hielo del lago? Aún así sigue siendo sólido. No hay nada que temer, pero las grietas están ahí».
Pues resulta que las grietas del lago se forman, también, a través de un proceso de transición de fase similar al de las cuerdas cósmicas. «El hielo -prosigue el investigador- es agua que ha pasado por una transición de fase. Las moléculas de agua eran libres de moverse como un fluido, pero de repente, en algún lugar, empezaron a formar cristales... losas de hielo que forman mosaicos, a menudo hexagonales. Y ahora imagine que tenemos azulejos hexagonales perfectos y que formamos con ellos un mosaico sobre el lago. Si otra persona empezara a hacer lo mismo en la orilla opuesta, no habría prácticamente ninguna posibilidad de que sus fichas se alinearan con las nuestras».
De este modo, los puntos de unión imperfectos forman largas grietas sobre la superficie de un lago helado. Y, si la física subyacente es correcta, lo mismo sucede donde las burbujas frías y en expansión del Universo se cruzaron: no encajaron y formaron largas cuerdas cósmicas.
Líneas de energía a través del espacio
Según la Física, en el espacio existen campos que determinan el comportamiento de las partículas fundamentales y de sus fuerzas asociadas. Y Hernández y sus colegas creen que esos campos se formaron gracias a las primeras transiciones de fase del Universo.
En palabras del investigador, «en cierto sentido, un campo relacionado con una partícula debe elegir una dirección para enfriarse y congelarse. Y dado que el Universo es realmente grande, podría suceder que el mismo campo eligiera diferentes direcciones en diferentes partes del Universo. Ahora bien, si ese campo obedece a ciertas condiciones... entonces, cuando el Universo se haya enfriado, habrá líneas de discontinuidad, líneas de energía que no han podido enfriarse».
En la actualidad, esos puntos de encuentro tendrían la apariencia líneas de energía infinitamente delgadas a través del espacio. Por otra parte, opina Hernández, encontrar esas cuerdas cósmicas sería todo un problema, porque serían la prueba definitiva de que la Física es algo mucho más grande y complejo de lo que permiten los modelos actuales.
Hacia un nuevo Modelo Estandar
En la actualidad, la teoría más avanzada y mejor probada sobre las partículas que hay en el Universo y las fuerzas que las gobiernan es el Modelo Estándar, que incluye a todas las partículas fundamentales y a todas (que sepamos) las fuerzas de la Naturaleza.
Sin embargo, la inmensa mayoría de los físicos sabe que el Modelo Estándar resulta incompleto, ya que no nos dice nada sobre cuestiones como la energía o la materia oscuras, ni tampoco resuelve el problema de la inexplicable ausencia de antimateria, por no hablar de la cuestión pendiente de la gravedad, la única de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas que no ha podido ser cuantificada.
Así las cosas, no resulta extraño que muchos científicos busquen activamente otras soluciones y modelos. «Muchas extensiones del Modelo Estándar -explica Hernández- llevan de forma natural a las cuerdas cósmicas nacidas justo después de la inflación. De modo que tenemos un objeto cuya existencia está predicha por varios modelos. Si finalmente ese objeto (las cuerdas cósmicas) no existe, todos esos modelos se descartarán. Pero si existe, oh Dios mío, la gente será feliz».
A la caza de las cuerdas cósmicas
Desde 2017 numerosos grupos de investigadores han tratado de detectar cuerdas cósmicas en el CMB, aunque por ahora todos esos esfuerzos han sido en vano. Según dijo el propio Hernández ese mismo año, la mejor baza para conseguirlo sería utilizar una red neuronal, un poderoso software capaz de enontrar patrones que a los humanos se nos escapan.
Sin embargo, en su presente artículo, Hernández muestra que, en realidad, resulta casi imposible proporcionar a la red neuronal datos lo suficientemente limpios como para que consiga detectar las cuerdas. De hecho, otras fuentes de microondas más brillantes oscurecen el CMB y resultan muy difíciles de separar de los datos que revelarían la presencia de las tan deseadas estructuras.
Aunque eso no significa que todo esté perdido. De hecho, existe un nuevo método, basado en la medición de la expansión del Universo en algunas de sus partes más antiguas. El método, llamado «mapeo de intensidad de 21 centímetros», no consiste en estudiar los movimientos de galaxias individuales o en imágenes más o menos precisas del CMB, sino que se basa en mediciones de la velocidad a la que los átomos de hidrógeno se alejan de la Tierra, en promedio, en todas las partes del espacio profundo.
Los mejores observatorios para el mapeo de 21 cm (llamado así porque el hidrógeno emite energía electromagnética con una longitud de onda de 21 cm) aún no están en línea. Pero cuando lleguen, escriben los autores, tendremos la posibilidad de conseguir evidencias más claras de cuerdas cósmicas. Y a partir de ahí, según Hernández, la caza puede volver a empezar.
