El fuego, el hielo o la nada: tres posibles destinos del cosmos

por Fran J. Velasco Lozano

Según la teoría general de la relatividad, todo aquello que tenga masa deforma el tejido del espacio-tiempo. Si toda la materia-energía del Universo está “plegando” el espacio, la cantidad total determinará la forma del Universo: puede ser cerrado, plano o abierto. Si la cantidad de masa por unidad de espacio superara cierta densidad crítica (unos 10-26 kilos por metro cúbico), el Universo sería cerrado; si la igualara, sería plano; si fuera inferior, sería abierto. En un Universo cerrado o abierto, la luz observada desde grandes distancias llegaría distorsionada y esta distorsión no se aprecia con los increíblemente precisos métodos actuales, así que los cosmólogos consideran que el Universo es plano. No obstante, la cantidad de materia-energía que observamos no llega a un 5% de la necesaria para alcanzar la densidad crítica: si la teoría einsteiniana es correcta, más de un 95% de la masa del Universo es invisible.

Los cosmólogos, por supuesto, se resistían a considerar que el 95% de la materia está hecha de partículas que no hemos ni empezado a entender y que jamás han sido detectadas. Sin embargo, algunos descubrimientos sorprendentes desvelaron que en el Universo hay mucho más de lo que vemos. La materia oscura fue indirectamente detectada al observar las zonas externas de las galaxias espirales: las estrellas se movían a demasiada velocidad. El cálculo de la velocidad de los astros en órbita se remonta a Isaac Newton, es un cálculo sencillo que hasta ahora coincidía con todas las observaciones, pero aquellas zonas exteriores de las galaxias debían ir más despacio o bien las galaxias debían contener más masa de la que vemos. Tras corroborar la velocidad de las estrellas externas, los científicos confirmaron la presencia de materia oscura envolviendo las galaxias, tal vez ni siquiera formada por átomos, pero con un claro efecto gravitatorio.

Pero el problema de la materia-energía restante no se soluciona solo con la materia oscura: tras sumarla a la materia ordinaria, todavía falta explicar un 70% del total de materia-energía. ¿Dónde está el resto? Pues bien, volvemos a hablar ahora de la energía oscura y su papel en el destino del Universo. En Universo Que Cae hemos explicado que las galaxias se alejan las unas de las otras a velocidad creciente y, puesto que deberían ralentizarse por efecto de la gravedad, debe haber un tipo de energía no identificada que las “empuje”. Esta energía puede explicar la masa restante y, de mantener su intensidad, resolvería el problema de la forma del Universo: es plano, lo que significa que el espacio y el tiempo son infinitos. Pero los instrumentos actuales podrían no ser lo bastante precisos para determinar si el espacio es realmente plano. Además, algunos cosmólogos consideran que la energía oscura ha variado su intensidad en los 13.700 millones de años que tiene el Universo, y lo seguirá haciendo. Si la energía oscura disminuye su potencia en el futuro, el Universo podría resultar cerrado y, por tanto, el espacio y el tiempo son finitos. Si, por el contrario, la energía oscura aumenta su potencia, el Universo resultaría abierto, tal vez la opción más amarga de todas, pues significa que el espacio-tiempo está destinado a desintegrarse.

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Curbatura del espacio en universo cerrado, abierto o plano respectivamente. En esta representación, la superficie en dos dimensiones representa nuestro espacio tridimensional. Imagen de nasa.gov

Tres posibles destinos:

Si el espacio y el tiempo son finitos, el Universo es cerrado y dentro de miles de millones de años se producirá el Big Crunch. La energía oscura, que habrá disminuido su potencia, perderá por fin su batalla contra la gravedad y, tras llegar a su tamaño máximo, el espacio se volverá a contraer: las galaxias disminuirán su velocidad y dejarán de alejarse para volver a “caer” hacia el centro. El Universo se volverá cada vez más caliente y pequeño, hasta quedar reducido a un punto de densidad y temperatura infinitas, idéntico a la singularidad inicial. Las cuatro fuerzas que se separaron durante el Big Bang volverán a estar unidas bajo esas condiciones extremas y el Universo estará en disposición de producir otro Big Bang. Según esta visión, el Universo “morirá de calor”, pero renacerá de sus cenizas en un ciclo sin fin.

Si el espacio y el tiempo son infinitos, el Universo es plano y “morirá de frío” en el Big Freeze. La energía oscura seguirá alejando las galaxias unas de otras hasta que la velocidad de expansión del espacio supere la velocidad de la luz, momento en el cual no se podrá observar ninguna de las otras galaxias desde la nuestra. Las estrellas continuarán muriendo, pero el gas del que hasta ahora nacían se irá agotando: el cielo se verá cada vez más oscuro y la era estelífera dará paso a la era del deterioro. Se calcula que en 14 billones de años, solo quedarán las estrellas más longevas: las enanas rojas, tan pequeñas que el ritmo al que consumen su combustible es muy bajo y pueden permanecer encendidas billones de años. Mientras las últimas estrellas se apagan, los agujeros negros continuarán consumiendo la materia que ocasionalmente se acerque a sus alrededores. Finalmente consumirán toda la materia o la mayor parte de ella, llegando el Universo a la era de los agujeros negros.

Pero los agujeros negros no son el final de la materia en este tiempo infinito: no son eternos, también acabarán desapareciendo. Recientemente se ha descubierto que los agujeros negros no son del todo negros, emiten una tenue radiación a la que llamamos radiación de Hawking en honor a Stephen Hawking, quién la vaticinó. Esta radiación se compone de partículas producidas por efectos cuánticos en el horizonte de sucesos, y la expulsión de partículas conlleva una pérdida de masa del agujero negro. Cuando el último agujero negro se “evapore”, el Universo estará lleno únicamente de la radiación que dejaron atrás. De igual forma que llamamos “singularidad” a la materia que ha llegado a densidades y temperaturas extremadamente altas, también lo hacemos cuando ésta llega a densidades y temperaturas extremadamente bajas: el Big Freeze termina con una singularidad infinitamente grande y absolutamente fría. Aunque hay quien opina que éste podría no ser un final cerrado: el físico estadounidense Sean Carroll opina que las fluctuaciones cuánticas que se darían en el vacío podrían acabar produciendo espontáneamente otro Big Bang.

Por último, si el Universo es abierto, el espacio y el tiempo podrían desaparecer en el Big Rip. La energía oscura aumentará su potencia y comenzará a afectar a más baja escala: ya no solo alejará las galaxias unas de otras, sino también las estrellas que las componen. Así, los sistemas estelares serán separados los unos de los otros y no se verán estrellas en los cielos del futuro. Después de deshacer las galaxias, la energía oscura empezará a desmembrar los sistemas estelares: los planetas se alejarán de sus respectivos soles y no volverá a haber un “día” en ningún lugar del Universo. Al final, la energía oscura será tan poderosa que podrá separar los átomos: incluso las estrellas y los planetas, que ahora vuelan desperdigados por el espacio, se desharán. La energía oscura ya habrá ganado la guerra contra la gravedad, pero aún quedarán fuerzas, más potentes, que mantendrán unida la materia: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares seguirán conservando intactos los átomos. Sin embargo, si la energía oscura continúa aumentando indefinidamente, incluso los átomos se desharán en protones, neutrones y electrones. Finalmente, los quarks que forman los nucleones (protones y neutrones) también se separarán e incluso el propio tejido del espacio-tiempo podría acabar desgarrándose. Este posible destino es tal vez el más tétrico: en el futuro, el Universo no es caliente ni frío, sino inexistente.

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3 comentarios en “El fuego, el hielo o la nada: tres posibles destinos del cosmos

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