Los primeros segundos del Universo

- Comunicación DF -

Durante el primer cuatrimestre de este año dos referentes internacionales en cosmología de precisión dictaron en el Departamento de Física un curso para estudiantes de licenciatura y doctorado. “Cora Dvorkin y Román Scoccimarro sumaron esfuerzos para combinar el trabajo de dar una asignatura en conjunto y aprovechar el tiempo al máximo. Fue una oportunidad muy especial, que no sucede todos los días, escuchar la clase de quienes escriben los libros sobre un tema”, dice Esteban Calzetta, coordinador del programa.

El curso abarcó los desarrollos más recientes en cosmología: radiación cósmica de fondo, oscilaciones acústicas de bariones, y la naturaleza de la materia y la energía oscura. Scoccimarro y Dvorkin son investigadores del Center for Cosmology and Particle Physics, New York University; y del Department of Physics, Harvard University, respectivamente. Ambos, graduados en el DF son líderes en el tema a nivel mundial.

“Hay tres vías para conocer la composición inicial del universo: por un lado la radiación cósmica de fondo; la nucleosíntesis que es la forma por la cual conocemos la cantidad de helio generado en el universo temprano; y una tercera forma es pesando galaxias, a través de lentes gravitatorias, viendo cómo la presencia de la galaxia distorsiona la imagen de objetos que son todavía más lejanos”, explica Calzetta, profesor del DF e investigador principal del IFIBA, UBA-CONICET.

“La idea que tenemos ahora es que el universo surge en algún momento, pasa por una etapa increíblemente caliente y densa y a partir de ahí se empieza a expandir. De esa etapa primordial quedan fluctuaciones que son de origen cuántico y a través de un proceso llamado pérdida de coherencia son las semillas de todas las estructuras que existen actualmente. Del mismo modo, esas fluctuaciones primordiales han dejado una marca en la distribución de estructuras a gran escala, que son las llamadas oscilaciones bariónicas", específica.

El investigador y coordinador del curso explica que la radiación cósmica de fondo está compuesta por ondas electromagnéticas, cuya longitud de onda se desplaza al rojo con la expansión del universo, de manera que cuando fueron emitidas correspondían a rayos x y ahora a microondas. El estudio de la radiación cósmica de fondo permite sacarle una foto al universo cuando tenía entre 300 y 500 mil años de edad -hoy tiene catorce mil millones-, por lo que es una galería de información preservada en el tiempo y la principal forma de acceder a ese universo temprano.  

Por otro lado, el uso de las lentes gravitatorias permite conocer que el 30% de la materia total del universo está concentrado en galaxias y cúmulos, y sólo la sexta parte de ese porcentaje es materia bariónica, es decir, ordinaria. El investigador sintetiza los otros ejes del curso: “simplificando bastante decimos que la materia oscura es ese treinta por ciento que podemos ver a través de las lentes gravitatorias y la energía oscura es el setenta por ciento que no está concentrado en galaxias”.

Así, “la denominada materia oscura no se sabe exactamente qué es y cómo está distribuida en el universo. Podemos saber a partir del estudio de la radiación cósmica de fondo cuánta materia hay en el universo, porque cuando uno mira la distribución de las intensidades en el cielo se ven regularidades, como si uno estuviera mirando un dibujo hecho por la repetición de un patrón. Hay estudios que determinan qué tamaño tenía ese patrón  al momento de la emisión de la radiación de fondo, pero el tamaño con el que lo vemos ahora depende no sólo del tamaño en su origen sino también de la densidad de materia en el universo desde entonces hasta acá, por eso se puede determinar con mucha precisión cuánta materia hay en el universo”.

La energía oscura se asocia con otro fenómeno relativamente nuevo en la historia del conocimiento, y es que el universo se expande y lo hace de manera acelerada. Según Calzetta hay teorías que hacen pensar a la energía oscura como explosiones, similares a la que originó el universo, pero a una tasa mucho menor. La energía oscura es inherentemente inestable, y eso es lo que impulsaría la expansión del universo en este momento. Contrariamente, la materia oscura que es estable y atrae gravitatoriamente, contribuye a la formación de galaxias.

“Tanto la materia como la energía oscura son hipótesis muy locas, sí. Pero, tienen la virtud de que permiten conectar varias observaciones que son completamente independientes entre sí, que usan distintos aparatos, que miran otras cosas. Cada uno de estos fenómenos pueden interpretarse de manera alternativa, el desafío es explicarlos todas a la vez”.

“El curso -al que asistieron muchos alumnos de licenciatura- fue diseñado para que los estudiantes lleguen a conocer los temas de frontera. Entender de qué se trata es tarea de varios años, pero fue una muy buena aproximación al conocimiento de estos temas por parte de dos expertos. Este tipo de estudios tiene una tradición muy fuerte en el Departamento de Física y estamos tratando de retomarla”, concluye Calzetta.