Dr. José Manuel Nieto Jalil
Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
Hace unos 10 mil o 20 mil millones de años, una onda expansiva masiva permitió que toda la energía y materia conocidas del Universo (incluso el espacio y el tiempo) surgieran a partir de algún tipo de energía desconocido.
Las teorías aceptadas para explicar la formación del Universo plantean que, en un instante (una trillonésima parte de un segundo) tras el Big Bang, el Universo se expandió con una velocidad incomprensible desde su origen del tamaño de un guijarro a un alcance astronómico.
La expansión aparentemente ha continuado, pero mucho más despacio, durante los siguientes miles de millones de años. Los astrónomos desconocen con exactitud la forma en que el Universo evolucionó tras el Big Bang.
Algunas teorías consideran que, a medida que acontecía el tiempo y la materia se enfriaba, se formaron tipos de átomos más diversos y que estos finalmente se condensaron en las estrellas y galaxias de nuestro Universo presente.
Según las nuevas teorías, el Universo puede haber sido creado a partir de unas cuerdas cósmicas: hilos invisibles más delgados que un átomo, horrendamente energéticos (la energía del Big Bang está en su interior) y desconcertantemente excéntricos en su comportamiento. Los hilos estarían repartidos de modo disperso, como una madeja de hilo desenrollado a lo largo y ancho del cosmos y se moverían a una velocidad cercana a la luz.
Las cuerdas cósmicas son la más larga y posiblemente la más vieja estructura del Universo conocido.
De acuerdo con la Teoría de Gran Unificación (TGU), el diámetro de una cuerda cósmica sería de tan sólo una trillonésima parte del tamaño del átomo de hidrógeno (si el átomo de hidrógeno fuera del tamaño del sol, el diámetro de la cuerda no alcanzaría el grosor de un pelo humano). En cambio, su longitud puede adoptar proporciones cósmicas.
Una cuerda de solamente seis kilómetros de largo tendría una masa igual a aproximadamente la masa de la Tierra.
Los científicos especulan que en caso de que una cuerda cósmica alcanzara un planeta, al ser tan delgada, podría traspasarlo sin tropezar con un solo núcleo atómico, pero su intenso campo gravitatorio causaría el caos. Una cuerda cósmica es un defecto topológico, casi unidimensional, en el espacio.
Por el momento, las cuerdas cósmicas sólo se conocen teóricamente; no hay observaciones que demuestren su existencia. Ahora bien, de las teorías sobre la evolución del Universo se puede deducir, al menos, la posibilidad de que existan.
Las cuerdas cósmicas fueron propuestas por primera vez por el físico teórico Tom W. B. Kibble en 1976. Estaba reflexionando sobre la primera fracción de segundo después del Big Bang, cuando el Universo experimentó una rápida expansión, y luego se enfrió rápidamente. Esto, sugirió, provocó un cambio de fase en los campos cuánticos, como la congelación del agua.
En un bloque de hielo, algunas regiones pueden congelarse con sus cristales en diferentes orientaciones, como las baldosas que se colocan simultáneamente en diferentes extremos de una habitación. Donde se encuentran, no encajan sin problemas, lo que resulta en una grieta.
Del mismo modo, Kibble conjeturó que los cambios de fase cuántica en el Universo primitivo habrían causado que los campos se alinearan en diferentes orientaciones, provocando grietas, las cuerdas cósmicas.
Hoy en día no hay evidencias observacionales de la existencia de las cuerdas cósmicas y uno de los métodos más prometedores de la detección de estos esquivos objetos es buscar la radiación gravitacional que deberían emitir.
La emisión de ondas gravitacionales es el principal método por el que las cuerdas cósmicas disipan energía. Cuando una cuerda cósmica se cruza a sí misma, el lazo resultante se separa, formando un nuevo objeto.
Un estudio de investigadores del Departamento de Física de la Universidad McGill, en Montreal, que acaba de publicarse, plantea que el Universo en que vivimos podrá estar repleto de grietas espacio-temporales o cuerdas cósmicas.
Las cuerdas cósmicas, 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.
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.
No hay una relación directa entre la teoría de las cuerdas cósmicas y la teoría de cuerdas. La palabra cuerda se usa en ambos casos como analogía, pero de manera independiente.
No obstante, los trabajos sobre teoría de cuerdas en la década de 2000 han vuelto a renovar el interés por las cuerdas cósmicas. Algunos físicos creen que sería posible, aún en la actualidad, encontrar evidencias de esos defectos de fábrica.
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.
Actualmente muchos científicos buscan otras soluciones o extensiones del Modelo Estándar. La gran mayoría lleva 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.
Desde 2017 numerosos grupos de investigadores han tratado de detectar cuerdas cósmicas en el fondo cósmico de microondas (CMB), aunque por ahora todos esos esfuerzos han sido en vano, la mejor oportunidad para conseguirlo sería utilizar una red neuronal, un poderoso software capaz de encontrar patrones que a los humanos se nos escapan.
Sin embargo, 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.
Hoy en día aún no existen evidencias observacionales de la existencia de las cuerdas cósmicas, y los datos de la radiación de fondo de microondas demuestran que de existir no serían abundantes. Unos de los métodos más prometedores para la detección de estos esquivos objetos es buscar la radiación gravitacional que deberían emitir. La emisión de ondas gravitacionales es el principal método por el que las cuerdas cósmicas disipan energía.
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 (porque el hidrógeno emite energía electromagnética con esa medida de longitud de onda), 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 aún no están en línea. Pero cuando lleguen, tendremos la posibilidad de conseguir evidencias más claras de cuerdas cósmicas y, a partir de ahí, la caza puede volver a empezar.
