El mapa 3D más grande de nuestro universo hasta la fecha, con la Tierra en el centro y cada punto muestra una galaxia
Colaboración DESI y KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Procurador
El universo está muerto; ¡Viva el universo!
No en este momento, todavía no. Pero un día todo lo que conocemos desaparecerá. Las ciudades que construimos, los lagos en los que nadamos, el planeta en el que vivimos, el sistema solar que habitamos, la estrella que orbitamos y cada estrella que no orbitamos: todos se dirigen hacia un final ineludible.
Al final de todo, ¿qué pasa? Algunos dicen que nuestro universo en constante expansión se desacelerará y luego un día dará un giro cósmico, deshaciendo todo el crecimiento que ha ocurrido desde el Big Bang. Al final, todo se aplastará en el espacio más pequeño posible y luego explotará de nuevo en un tumulto de renacimiento: esa es la idea que llamamos cosmología cíclica o el gran rebote. Ha existido durante mucho tiempo y la idea en sí ha afrontado una trayectoria que refleja su contenido. Fue brevemente popular a mediados del siglo XX, cayó en desgracia y ahora puede estar regresando gracias a nuevos datos del mapa 3D más grande del universo jamás creado, elaborado por el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI).
Como ocurre ocasionalmente con las grandes hipótesis cosmológicas, los defensores de la cosmología cíclica la prefirieron principalmente por su elegancia: si el universo es cíclico, eso significa que probablemente no tengamos que preocuparnos por lo que precipitó el big bang o lo que existió antes de él; esas preguntas casi imposibles ya están respondidas. Hay una hermosa sensación de simetría en todo el asunto. Catherine Heymans, Astrónoma Real de Escocia, lo expresó muy bien durante un reciente evento para suscriptores de New Scientist que organicé, donde dijo: “Realmente me encaja que el universo se crea en una especie de big bang, se expande, se desacelera, la gravedad lo atrae hacia sí mismo, hay un gran crujido, hay otro big bang y se expande… Esto simplemente me hace muy feliz”.
En el mismo evento, Adam Riess, quien ganó un Nobel por su descubrimiento y el de sus colegas de la energía oscura, expuso una de las razones más concretas de la afición de muchos cosmólogos por la idea. “Nos gusta porque nos dice que no vivimos en una época especial ni en un universo único”, dijo. En otras palabras, en un universo cíclico no sería una coincidencia tan increíble que estemos aquí para reflexionar sobre estas cosas. Personalmente, no creo que la idea de que momentos como este sucedan una y otra vez (tal vez no en cada rebote, pero definitivamente en más de uno) con todas las condiciones adecuadas para la vida, árboles y cohetes a la luna, lo haga mucho menos especial, pero estoy divagando. Quizás sea más una posición antropocéntrica y emocional que una basada en las leyes de la física.
Durante mucho tiempo, la cosmología cíclica cayó en desgracia, impulsada en parte por el trabajo de Riess que muestra que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado. Si el espacio entre las estrellas crece cada vez más rápido, parece poco probable que eventualmente vuelva a reducirse a nada. La gravedad simplemente no es lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la energía oscura. “Desafortunadamente, todas las mediciones que hacemos nos dicen que simplemente no hay suficiente masa en el universo para volver a unirlo”, dijo Heymans. “Por el momento, la evidencia apunta hacia una muerte muy fría, triste y vacía para nuestro universo”. Esta idea, llamada muerte por calor, es ahora la versión más aceptada de lo que está por venir.
Hay varias otras razones por las que el gran rebote se desvaneció en una relativa oscuridad, en gran parte relacionadas con los problemas que surgen cuando intentamos resolver cómo la materia, la energía y la entropía podrían reciclarse o destruirse en el momento entre rebotes.
La segunda ley de la termodinámica es un punto conflictivo: dice que el desorden o entropía en un sistema cerrado (como el universo, hasta donde sabemos) nunca puede disminuir. Con un universo en expansión, eso es fácil de cuadrar: simplemente veríamos un lento y continuo aumento de la entropía a lo largo de la vida del cosmos. Pero si el universo comienza a contraerse nuevamente, la entropía comenzaría a disminuir en consecuencia. Hay formas de solucionar esto, que generalmente implican llevar el problema al siguiente ciclo de expansión y contracción. Si el universo se hace más grande en cada ciclo, la entropía sigue aumentando en general. Pero si extrapolas lo suficiente hacia atrás o hacia adelante en el tiempo, terminas en la misma situación que antes. Todavía comenzamos con una gran explosión al comienzo del universo y una eventual muerte por calor al final, es simplemente un camino más complicado y gradual entre los dos.
Otra forma de solucionar el problema de la entropía fue popularizada en la década de 2010 por el legendario físico teórico Roger Penrose, famoso por el triángulo de Penrose. Su modelo se llama cosmología cíclica conforme y se vería exactamente como un universo en constante expansión… hasta el final. A medida que el universo se expande y todo se aleja cada vez más de todo lo demás, la materia se descompondrá en sus partes compuestas y, finalmente, todo serán sólo fotones sobrantes flotando en el abismo. Eso no es particularmente controvertido. Pero lo que Penrose propuso a continuación sí lo es. Su idea es que el vacío extremo y la uniformidad del espacio-tiempo al final de un ciclo, o eón, es la misma que la estructura que esperaríamos al comienzo de un nuevo eón. La idea detrás de la cosmología cíclica conforme es que gracias a esta estructura funcionalmente idéntica (y a algunas matemáticas muy complicadas), se puede crear un nuevo universo en expansión a partir de los gélidos restos del anterior.
La idea es de nicho y difícil (casi imposible) de probar. Penrose ha propuesto algunas pruebas potencialmente mensurables, pero en general, los cosmólogos tienden a encontrarlas poco convincentes. Sin embargo, tampoco ha sido refutado, y el hecho de que logre sortear el problema de la entropía significa que no debería simplemente descartarse, incluso si es ampliamente visto con escepticismo. Entonces, estamos estancados sin mucha manera de aplicar estas ideas al universo real en el que vivimos.
El telescopio Mayall de 4 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak, que utiliza DESI para estudiar las estrellas.
Colaboración DESI/DOE/KPNO/NOIR
Introduzca DESI. Su enorme mapa del universo ha demostrado que la energía oscura, que antes parecía que sólo iba a crecer en fuerza para siempre, parece estar debilitándose. Es decir, la aceleración del universo hacia afuera parece estar desacelerando. Como destacó Heymans durante el evento, esto no significa que el universo se esté volviendo a unir: todavía está acelerando su expansión, aunque no tan rápidamente. Aún así, se trata de un cambio radical en nuestra comprensión de la energía oscura y bien podría iniciar una era de nuevas teorías sobre la forma en que nuestro cosmos pasará sus últimos días.
Y entre esas nuevas teorías, las cosmologías cíclicas parecen estar surgiendo una vez más. “Lo que podría estar causando que la energía oscura cambie podría significar que dentro de otros 10 mil millones de años, la energía oscura se debilita tanto que se revierte y atrae todo hacia sí mismo, lo cual sería maravilloso”, dijo Heymans.
El problema de saber qué significa todo esto es que no entendemos una proporción enorme del universo. La energía oscura constituye casi el 70 por ciento de toda la materia y energía del cosmos; controla el destino final de todo y, sin embargo, no tenemos idea de qué es ni cómo funciona. En escalas de tiempo cosmológicas, nos acabamos de conocer: Reiss y sus colegas lo identificaron hace menos de 30 años.
“Sin entender la naturaleza de la energía oscura que está impulsando la aceleración actual, es muy difícil extrapolarla al futuro. ¿Se debilitará?” dijo Riess. “Yo diría que todas las apuestas sobre el futuro están apagadas”. Puede que el dinero inteligente todavía esté en un extremo frío y vacío del universo, pero, por primera vez en un siglo, también podría valer la pena hacer una apuesta a largo plazo sobre el gran rebote.
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