El 27 de enero de 2009 se inauguró en la sede central del Consejo Superior de Investigaciones Científicas el Año Internacional de la Astronomía (AIA) en España; conmemoración en la que nuestro país participará activamente y con la que se pretende acercar la investigación astronómica a la sociedad en su totalidad.

En el año 1609 Galileo Galilei apuntó por primera vez al cielo con un telescopio. Fue el comienzo de 400 años de descubrimientos apasionantes que aún continúan. La Unión Astronómica Internacional (UAI) anunció la declaración por la UNESCO del 2009 como el Año Internacional de la Astronomía, ratificada por la ONU.

El AIA 2009 representa una celebración global de esta ciencia y de su contribución a la sociedad, a la cultura, y al desarrollo de la humanidad. Será un motivo para que los habitantes de todo el planeta nos replanteemos nuestro lugar en el Universo y una oportunidad única para transmitir a los ciudadanos la emoción del descubrimiento, el placer de compartir el conocimiento básico del Universo y la importancia de la cultura científica.

Actividades repartidas por todo el globo terráqueo, en más de 120 países, van a estimular el interés por la Astronomía y la Ciencia en general; mostrando su influencia en nuestras vidas diarias y su contribución a un mundo más libre e igualitario.

¿SABEMOS CÓMO COMENZÓ EL UNIVERSO?

Está ahora ampliamente aceptado que el Universo donde habitamos surgió a partir de una singularidad con densidad y energía "infinita" qué dio lugar a una bola de fuego caliente y densa a la que llamamos Big Bang. En los años veinte y treinta, los astrónomos descubrieron por primera vez que nuestra Galaxia es simplemente una isla de estrellas dispersa entre muchas galaxias similares, y que grupos de estas galaxias se están apartando las unas de las otras a medida que el espacio se expande. Esta idea del Universo en expansión fue realmente predicha por la teoría general de la relatividad de Einstein, terminada en 1916 pero no se tomó en serio hasta que los observadores hicieron sus descubrimientos. Cuando esto ocurrió los matemáticos descubrieron que las ecuaciones describían exactamente el tipo de expansión que observamos, con la implicación de que si las galaxias se van alejando con el tiempo entonces deberían haber estado más juntas en el pasado, y hace mucho tiempo toda la materia en el Universo debería estar acumulada en una densa bola de fuego.

Es la combinación de la teoría y de la observación la que hace que la idea del Big Bang sea tan convincente; en los años sesenta llegó una clara evidencia, con el descubrimiento de un siseo débil de ruido de radio, la radiación cósmica de fondo, que viene de todas las direcciones del espacio y se interpreta como la radiación restante del mismo Big-Bang.

También la existencia de esta radiación de fondo fue predicha por la teoría antes de ser observada experimentalmente. A finales del siglo XX, la combinación de teoría y observaciones había establecido que el tiempo que ha pasado desde el Big Bang es de unos 14 mil millones de años, y que existen cientos de miles de millones de galaxias como la nuestra dispersas de un extremo al otro del Universo en expansión. La pregunta a la que se están enfrentando ahora los cosmólogos es

¿cómo empezó el mismo Big Bang?

El punto de partida para enfrentamos a esta pregunta es el modelo estándar propio de los cosmólogos, que combina todo lo que han aprendido de las observaciones del Universo en expansión con el entendimiento teórico del espacio y el tiempo incorporado a la teoría general de Einstein. El establecimiento de este modelo se ha visto favorecido por el hecho de que cuanto más lejos miramos del Universo, más tiempo atrás vemos. Debido a que la luz viaja a una velocidad finita, cuando miramos galaxias alejadas millones de años luz, las vemos como eran millones de años antes, cuando salió la luz que llega ahora a nuestros ojos.

Con telescopios potentes, los astrónomos pueden ver qué aspecto tenía el Universo cuando era más joven (y la radiación cósmica de fondo nos permite "ver" con radiotelescopios la última etapa de la bola de fuego que fue el Big Bang).

Lo más atrás que hemos visto son unos pocos cientos de miles de años después del momento del Big Bang, cuando todo el Universo estaba lleno de gas caliente (conocido técnicamente como plasma), similar a la temperatura que tiene la superficie del Sol hoy en día, algunos miles de grados Celsius. En ese momento, lo que ahora es el Universo visible entero era solo una milésima parte de su tamaño actual y no había objetos individuales en la escala de las estrellas o galaxias en el remolino de material caliente.

Moviéndonos hacia delante en el tiempo, las irregularidades observadas en la radiación de fondo son justamente del tamaño y estructura correctos para explicar el origen de las galaxias y de los grupos de galaxias son las semillas donde creció la estructura que vemos en el Universo hoy.

Yendo hacia atrás en el tiempo, la estructura de las irregularidades vista en la radiación de fondo nos habla sobre el tipo de irregularidades que había en el Universo cuando era incluso más joven, justo hasta ese momento atrás en que la teoría general por sí misma se rompe.

Lo primero, y más importante, que hay que decir sobre estas irregularidades en la radiación de fondo es que son diminutas. Son tan pequeñas que al principio era imposible medirlas, y la radiación parecía que viniera perfectamente uniforme desde todas las direcciones en el espacio (isotropía). Si la radiación fuera perfectamente uniforme, todo el modelo estándar del Universo se desbarataría, ya que si no hubiera habido irregularidades en la bola de fuego del Big Bang no habría habido semillas desde donde las galaxias pudieran crecer, y nosotros al no haberse formado las estrellas y fabricado en sus núcleos los materiales complejos de los que estamos hechos, no estaríamos aquí. El hecho de que los científicos estén tratando de resolver estas preguntas ha convencido a los astrónomos de que debería haber irregularidades en la radiación de fondo, sólo había que desarrollar instrumentos sensibles para medirlas.

En este sentido podríamos citar el satélite de la NASA, COBE, que fue capaz de hacer medidas suficientemente sensibles cómo para demostrar que había minúsculas ondulaciones en la radiación de fondo. Las dos preguntas clave derivadas del descubrimiento son: ¿por qué la radiación de fondo es casi lisa?, ¿qué crea las ondulaciones?

La primera pregunta es más profunda de lo que se pueda pensar porque hoy, 14 mil millones de años después, el Universo es todavía casi liso. Esto no es evidente si contrastamos la luminosidad de una galaxia como la Vía Láctea con la oscuridad que existe en el espacio entre las galaxias pero enseguida se hace evidente a mayores escalas. El Universo no es exactamente uniforme, pero incluso en términos de distribución de las galaxias es uniforme en cierto sentido. Si tomamos una fotografía de las galaxias vistas en una pequeña zona del cielo se parecerá mucho a otra fotografía de una zona del mismo tamaño de otra parte del cielo. La radiación de fondo es incluso más uniforme, y parece exactamente la misma desde todos los puntos del espacio dentro de una fracción del 1 por ciento. La profundidad de esta observación descansa en el hecho de que no ha pasado el tiempo suficiente desde el Big Bang para que todas las diferentes partes del Universo interactúen unas con otras y deje de ser liso. Esta homogeneidad está relacionada con otra característica extraña del Universo denominada sub-planitud. La teoría general de la relatividad nos dice que el espacio (en sentido estricto, el espacio-tiempo) se puede curvar y deformar por la presencia de materia. Localmente, cerca de un objeto como el Sol o la Tierra, esta deformación del espacio-tiempo produce el efecto que llamamos gravedad. Cósmicamente, en el espacio entre las estrellas y las galaxias el efecto combinado de toda la materia del universo puede producir una curva gradual en el espacio en uno de los dos sentidos.

Aquí tendríamos que continuar hablando de la densidad crítica y de la clase de universo que tendríamos en función de la cantidad de materia que este contenga. Sin embargo, dejaremos ese punto del universo cerrado, abierto o plano para mejor ocasión. Estudios cada vez más sofisticados de la radiación de fondo, que culminaron con las observaciones hechas por el satélite WAP de la NASA a principios de éste siglo XXI y del Planck Explorer de ESA un poco más tarde, mostraron que el Universo efectivamente está cerca de la plenitud, de modo que su densidad debería estar indistinguiblemente cerca de la Densidad Crítica. Esto dio lugar al rompecabezas de dónde estaba la masa "desaparecida" (esa que llamamos materia oscura que, nunca se ha visto, no produce radiación, no sabemos como se hizo, ni de qué clase de partículas está conformada si es que son partículas- y un sin fin de interrogantes más que ahora no sabemos contestar).

En realidad, la teoría de la inflación es todavía un trabajo en progreso y como en el caso de la GUT, existen diferentes variaciones o modelos sobre el tema. Lo que está claro de todo esto es que, no se puede negar, ni el esfuerzo realizado, ni el éxito alcanzado que, sin ser aún lo que se desea, sí es un paso importante en el conocimiento del Cosmos. Ahora sabemos de él muchísimo más que se sabía en los tiempos de Galileo y tanto la técnica, como las matemáticas y la física han desarrollado la Astronomía y la Astrofísica, hasta unos niveles encomiables, teniendo en cuenta que estamos estudiando una cosa muy, muy grande y cuyos objetos están muy, muy lejos. Sin embargo, podemos obtener imágenes de galaxias lejanas y de nebulosas que se encuentran a miles o millones de años luz de la Tierra y, mediante técnicas del estudio del espectro, saber de que materiales están formados.

Es aún muy grande el espacio oscuro que tenemos que alumbrar para conocer en plenitud nuestro vasto Universo, son muchas las zonas que están en la penumbra, y, debemos y tenemos la obligación de continuar profundizando en el saber del Universo que nos acoge. Yo, que soy un simple aficionado, eso sí, muy enamorado del Universo y apasionado de todas las maravillas que encierra que, sin que lo pueda evitar, me fascinan, a veces pienso en que, el Universo entero podía haber surgido de una fluctuación cuántica del vacío, gracias a la combinación de inflación y a una curiosa propiedad de la gravedad.

Esta curiosa propiedad de la gravedad es que guarda energía negativa. Cuando algo (¡cualquier cosa!) cae hacia abajo en un campo gravitacional (como el agua que se precipita desde la montaña) la energía es liberada...Pero eso, será otra historia que ya contaremos. Ahora, para no cerrar en falso el comentario, diré que, no existe ningún límite, en principio, en cuánta masa (en sentido estricto masa-energía, teniendo en mente E=mc²) puede tener una fluctuación cuántica, aunque cuanto más masiva sea una fluctuación, menos probable es que suceda.

El cosmólogo americano Ed Tyron señaló que en principio una fluctuación cuántica que contiene la masa-energía de todo el Universo visible podría salir de la nada, y que aunque la masa-energía de tal fluctuación sería enorme, en las circunstancias correctas la energía gravitacional negativa del campo gravitacional asociado a toda esta masa equilibraría perfectamente esto, de modo que la energía total de la fluctuación sería cero.

La implicación, naturalmente, es que nuestro Universo nació (o brotó) de este modo desde el espacio-tiempo de otro universo, y que no hubo principio y no habrá final. Sólo un mar infinito de universos burbujas interconectados (como el propuesto por Stephen Hawking). Particularmente a mí, no me desagrada ésta idea y la cambio, con los ojos cerrados, por el Big Crunch.

EMILIO SILVERA

Miembro de la Real Sociedad Española de Física.

Presidente de la Asociación Cultural Amigos de la Física y la Astronomía.

Autor del libro de divulgación científica "El Universo y la Mente".