Los nuevos hallazgos en los estudios del cosmos, si bien han confirmado hipótesis ya establecidas, también han modificado substancialmente otras que ya se aceptaban como definitivas, obligando a los cosmólogos y físicos teóricos a replantear los procesos de constitución y evolución del universo. Sofisticados instrumentos fueron enviados al espacio para registrar con gran resolución los ecos de las microondas cósmicas, generadas en el instante mismo del nacimiento del universo. Del análisis de su registro, los científicos han deducido valiosa información acerca de los instantes del nacimiento y de la consecutiva expansión del universo, de su desarrollo posterior, su edad, su composición y su geometría.

Mientras tanto, otros científicos que habían enfocado sus telescopios para observar cómo se disminuía la velocidad de expansión del cosmos, se encontraron con la sorpresa que éste se estaba acelerando, lo que ahora los lleva a la necesidad de aceptar la existencia de una fuerza de antigravedad, absolutamente desconocida, que está llevando a que las galaxias se separen a velocidades crecientes. Para ellos, estos descubrimientos los lleva a nuevas teorías muy innovadoras, que según afirman, hacen coincidir todo, explicándose de paso los vacíos que habían quedado en la teoría del Big Bang y también el posterior equilibrio gravitacional del universo.

El Big Bang se describe a menudo como un evento que ocurrió hace mucho tiempo, en que una gran explosión precedió a la creación del universo. Hasta ahora la teoría dejaba un vacío acerca del momento de la creación, dejando la interpretación de él a la física cuántica, o a la metafísica. Simplemente se extrapolaba que el cosmos a partir de ese entonces, se había estado expandiendo, adelgazando y enfriándose. Según los científicos, las observaciones recientes le han dado una coherencia a toda la teoría, como nunca antes la tuvo.

Una de las ideas que ahora aparecen como complementarias, es que inmediatamente después del Big Bang, vino un breve período de una extraordinaria expansión del universo, que los científicos han llamado "inflación". En una fracción de un milisegundo (10-30 segundos), a una velocidad más rápida que la de la luz, el universo tuvo una gran expansión en todos los sentidos, tomando la forma que hoy conocemos (Fig. 1).

En un comienzo había luz. Bajo las intensas condiciones de este universo primitivo, la materia ionizada, producía radiaciones que permanecían atrapadas como la luz dentro de una neblina. Pero en la medida que el universo se expandía y se enfriaba, se unían los protones y los electrones formando átomos neutros, con lo que la materia perdía su capacidad de atrapar la luz. Se liberó así una gran radiación que en forma uniforme, inundó todo el universo (inflación). Hoy en día, después de catorce mil años, aún se pueden detectar los fotones de esta gran liberación de radiación, distribuido en todo lo grande del universo. Ellos están formando lo que se ha llamado el "trasfondo de microondas cósmicas" (Cosmic Microwave Backgraund, o CMB), que se detectan en el universo. Estas CMB constituyen la más antigua luz del universo, cuando este nacía, y era sólo una bola de plasma ionizado. Ahora estas débiles microondas se pueden detectar a todo nuestro alrededor, distribuidas homogéneamente por todo el universo. De su análisis comienza a entenderse cómo el universo se inició, cómo se expandió (inflación), y cómo se organizó la materia para llegar a formar las estrellas, los planetas y las galaxias.


Como se detectaron los CMB y que nos comunican

Las radiaciones CMB fueron detectadas por primera vez en el año 1965, por Arno Penzias y Robert Wilson, científicos de los laboratorios AT&T, mientras estaban tratando de encontrar el origen de los misteriosos ruidos que detectaba la antena de su radio. De paso cabe señalar que cuando cada día cambiamos un canal de televisión a otro, el 1% de la estática que se ve en la pantalla, provienen de CMB.

A partir del descubrimiento, que las CMB venían de todas partes del universo, y del hecho ya conocido que el universo se estaba expandiendo, se elaboró la hipótesis del Big Bang. De acuerdo a ella, el universo primitivo era caliente y contenía un denso plasma de partículas ionizadas y fotones. Después de 380.000 años, se comenzaron a formar los primeros átomos y se liberaron las microondas cósmicas (CMB). Desde entonces las CMB, debido a la expansión del universo, se han ido enfriando, hasta llegar a ser ahora extremadamente frías, 2.7º Kelvin (es decir, 2.7º Celcius sobre el cero absoluto). Diferente fué el momento en que se liberaron, en que su temperatura alcanzaba a 3.000º kelvin (o 2.727º Celsius).

En el año 1990 se envió un satélite equipado para detectar estas radiaciones CMB. Fue el satélite denominado "COBE" (Cosmic Background Explorer). Este detectó el espectro de radiaciones CMB, que luego envió a la Tierra (Los ecos del Big Bang en el Universo), mostrando que su distribución era idéntica en todas las direcciones, lo que comprobaba que las CMB, eran signos que provienen de un pasado simple, de un universo en que aún no se habían formado las estructuras de las galaxias, las estrellas y los planetas. Sin embargo, ya el satélite COBO detectaba pequeñas variaciones en la temperatura de las CMB, en los niveles de una parte en 100.000. Desde entonces la atención de los cosmólogos se ha concentrado en el análisis de estas variaciones de temperatura, ya que de ello esperaban lograr información de cómo se produjo la expansión del plasma primordial, para llegar a miles de millones de años más tarde, a la formación de galaxias, estrellas y planetas.

Buscando una mayor precisión en la detección de las CMB y sus variaciones térmicas, los científicos desarrollaron instrumentos más sofisticados y sensibles. Con ellos equiparon otro satélite que se lanzó en el año 2001. Se llamó "Wilkinson Microwave Anisotropy Prove", o WMAP, y viajó en una órbita alrededor del sol de 2.5 millones de kilómetros más allá de la Tierra. El resultado del espectro de las microondas detectadas, logró una resolución 30 veces mayor que la obtenida anteriormente con el satélite COBE (figura 2). En ella se pudieron revelar manchas calientes y frías, que indicaban diferencias de temperaturas de menos de un décimo de grado, confirmando de nuevo que las microondas se distribuían por todo el cielo.

Basándose en estas variaciones de la temperatura, los científicos han llegado a calcular con una estimación bastante precisa, la edad del universo, su composición y su geometría. Hasta entonces los cosmólogos acostumbraban a decir que el universo tenía una edad que oscilaba entre 12 y 15 mil millones de años. Ahora la estimación es más precisa: 13.7 mil millones de años, más menos unos pocos cientos de miles de años. También la precisa determinación de los datos del WMAP les ha permitido conocer directamente las fuerzas y la forma del período de inflación, cuando el universo se extendió más rápido que la luz. Del mismo modo, basándose en estos datos, se pudo conocer el ritmo de expansión del universo: 71 kilómetros por segundo por mega parsec, ± unos pocos cientos de kilómetros. También se ha determinado la geometría del universo: es plano.

Tan importante como los datos del WMAP, ha sido la reciente contribución de los cosmólogos que han estado interesados en entender la historia del universo. Se refiere a la construcción de un mapa digital del cielo (Sloan Digital Sky Survey, SDSS), que pretende ubicar un millón de galaxias. El objetivo es llegar a dilucidar las fuerzas que condicionaron las agrupaciones o expansiones de las galaxias en el espacio. En Octubre del 2003, ya se habían ubicado las primeras 250.000 galaxias, concluyendo al igual que los investigadores del WMAP, que el universo está dominado por materia oscura, cuya constitución aún no se conoce, suponiendo su presencia sólo por el efecto de gravedad que ejerce sobre el sistema universal.


Una batalla de titanes: gravedad, versus antigravedad

Hace aproximadamente 75 años, el astrónomo Edwin Hubble al comprobar que algunas galaxias se estaban alejando de nosotros, descubrió que ello se debía a que el universo se estaba expandiendo. Notó que las galaxias más lejanas se estaban alejando más rápido que las más cercanas. El movimiento de alejamiento se manifestaba por el desplazamiento al rojo del espectro de luz de la galaxia (la energía de los fotones disminuye, desplazándose la longitud de onda desde el azul al rojo, en una proporción que depende de la distancia).

Conociendo la fuerza de atracción ejercida por la gravedad, todo hacia suponer que la velocidad de expansión del universo, debería estar disminuyendo a un ritmo determinado por la densidad de la materia y la energía contenida dentro de él (si el universo se estaba expandiendo, la densidad de la materia dentro de él, estaba disminuyendo). Pero aquí apareció algo que nadie esperaba. Dos equipos de astrónomos, haciendo uso de la brillantez de dos supernovas lejanas, detectaron que el universo en lugar de disminuir su ritmo de expansión, como hacía pensar la teoría de la relatividad (y el sentido común), éste se estaba expandiendo (La fuerza de antigravedad a nivel cósmico). Por una cuidadosa observación de una supernova muy distante (las supernovas corresponden a explosiones estelares que por un breve tiempo brillan como cien mil millones de soles), los astrónomos descubrieron que sus brillos eran más débiles de lo que se debía esperar. La más plausible explicación para esta discrepancia era que la luz provenía de una supernova, que habiendo explotado miles de millones de años atrás, la luz estaba atravesando una distancia mayor que lo que predecía la teoría. Por ello concluyeron que el universo estaba acelerando su expansión. Este fue el primer signo de la existencia de lo que llamaron una misteriosa "energía oscura", una fuerza desconocida que se contraponía a los efectos de la gravedad y que repelía galaxias, alejando unas de otras.

A pesar que los datos entregados por esta supernova eran decisivos, muchos cosmólogos dudaron de la existencia de esa extraña energía oscura, contrapuesta a la gravedad y que repelía galaxias alejándolas unas de otras. Las dudas terminaron este año, cuando ya la búsqueda de nuevas galaxias ha permitido detectar y medir la distancia de 42 supernovas lejanas, confirmando que se están alejando a una velocidad creciente.

La gran pregunta es: ¿La mentada expansión ha estado produciéndose a lo largo de toda la vida del universo, o es algo que se ha comenzado a producir más recientemente? La respuesta tenía profundas implicancias. Pero para ello ya hay una respuesta, ya que se han podido detectar numerosas supernovas a distintas distancias de nosotros. Ellas han sido fotografiadas y analizadas por el telescopio Hubble. De su análisis ha sido posible inferir que ha existido un período de transición que ha ido de una primera etapa de expansión decreciente, para luego iniciarse una expansión acelerada, cuya inflexión se habría producido alrededor de cinco mil millones de años atrás, es decir a menos de la mitad de la edad del universo. (Scientific American, Febrero 2004, pág. 50).

Parecería así que el punto de equilibrio de estos dos procesos, sería la resultante de una lucha de dos titanes: la fuerza atractiva gravitacional que atraería a la materia, y la repulsiva (energía oscura), que tendería a separarla. Si esta última con el tiempo se continuara intensificando, el universo podría terminar cuando las galaxias, las estrellas, los planetas y finalmente los átomos, se separaran en una violenta expansión, que los teóricos han llamado el "gran desgarro".

Otra posibilidad es que la energía oscura se aminore, hasta el punto de que el universo comience a juntarse de nuevo, produciéndose lo que se ha considerado como la "gran contracción".

En definitiva, los datos obtenidos por el WMPA, confirmarían un nuevo cuadro constitutivo del universo, que también otros datos confirman. El universo estaría constituido por sólo un 4% de materia ordinaria, entre la que hay que incluir, las estrellas, los planetas, los árboles, los animales y las personas. Otro 23% sería materia exótica, entendiendo como tal la materia oscura, que los astrofísicos creen que está constituida por partículas aún indefinidas y que hasta ahora sólo se manifiestan por la gravedad que ejercen sobre el resto del universo. El restante 73% estaría constituido por energía oscura (Science, vol. 302, Diciembre 19, 2003, pág. 2038). Claro que todo esto es relativo, porque no faltan los que piensan que la "materia oscura", y la "fuerza oscura" serían la misma cosa, que jugaría hacia un lado u otro, según las circunstancias, expandiendo o contrayendo el universo. Lo que si está claro, es que mientras más podemos conocer del universo, más nos desconcertamos y más nos complicamos