Colisiones cósmicas

Cosmo Magazine / Ciencia Kanija
18/06/09

Existe la sospecha entre los científicos de que, no sólo puede que seamos capaces de detectar universos paralelos, sino que pueden ocasionalmente colisionar con nuestro propio universo.

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Los libros y películas de ciencia ficción están llenos de universos paralelos. En un escenario típico, como es la película de 1998 Sliding Doors (Dos vidas en un instante), algo pasa en un universo – como que una mujer pierda un tren – pero en un universo paralelo, la misma mujer lo coge, poniendo en marcha un distinto camino en su vida.

O, como en la imaginativa novela de Isaac Asimov The Gods Themselves (Los propios dioses), los habitantes alienígenas de un universo paralelo con distintas leyes de la física intercambian energía con nuestro universo y envían mensajes codificados a la Tierra.

Incluso sin ningún mensaje a descifrar procedente de verdadera vida alienígena, muchos cosmólogos creen que realmente existen otros universos. También es cierto que su existencia se ha visto desde hace mucho tiempo más como una especulación filosófica que como una hipótesis comprobable. Ver tales universos directamente requeriría superar la velocidad de la luz – una violación de las leyes de la física que mejor dejamos a los escritores de ciencia ficción.

Ahora, no obstante, algunos cosmólogos sugieren que podría haber una forma de discernir la existencia de otro universo, si es que colisionó con el nuestro. Tal impacto podría dejar su marca en el fondo cósmico de microondas (CMB) – nuestra primera instantánea del universo.

“Creo que es una idea realmente fascinante”, dice Max Tegmark, cosmólogo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos. “Aunque se han estado acumulando pruebas de que podrían existir universos paralelos, creo que existe un sentimiento de resignación que podrían seguir siendo sólo universos paralelos que nunca puedas tocar ni ver directamente. Y ahora, de pronto, aparece esta idea en el campo, que sugiere que no sólo sea posible verlos, sino incluso que ya podríamos haberlos visto, impresos en el fondo cósmico de microondas”.

Dos grupos rivales, uno liderado por Anthony Aguirre de la Universidad de California en Santa Cruz, y otro por Matthew Kleban de la Universidad de Nueva York propusieron la posibilidad de observar estas colisiones utracósmicas en diciembre de 2007. Cada grupo sugirió que las colisiones podrían ser visibles, aunque los detalles de cómo se vería la señal no estaban claros.

Sorprendentemente, la existencia de universos paralelos podría ser una consecuencia inevitable subyacente al nacimiento del universo. Los cosmólogos dicen que poco después del Big Bang, un breve periodo de expansión rápida conocido como “inflación” agrandó el universo en muchos órdenes de magnitud, como inflar una pequeña burbuja al tamaño de un globo aerostático.

La mayor parte de las predicciones teóricas comprobables de la inflación han sido confirmadas. “La inflación es una parte clave y de algún modo indispensable de nuestra actual comprensión de cómo se inició y evolucionó el universo”, dice Aguirre. Pero la teoría de la inflación cósmica, propuesta por el cosmólogo del MIT Alan Guth en 1981, implica que no sólo tuvo lugar una vez, en nuestra parte del cosmos, sino que sigue sucediendo, inflando otras zonas del cielo como burbujas en un vaso de cerveza.

Esta “inflación eterna” crea otros “universos burbuja” que probablemente tengan propiedades distintas al nuestro. En algunas burbujas, la fuerza electromagnética podría ser tan débil que no pueda mantener unidos a los átomos, o el índice de expansión podría ser tan rápido que las galaxias no puedan formarse.

La trascendencia de los múltiples universos de la inflación es difícil de abarcar incluso para los científicos. “La mayor parte de la gente ignoró cuidadosamente esto durante 20 años aproximadamente dado que no querían pensar en ello”, dice Aguirre. “Les gustaba pensar en la inflación como en este pequeño interludio… la gente que inventó la inflación seguía pensando en ella debido a que vieron que era importante”.

Los cosmólogos no están sólo al proponer los múltiples universos. La Teoría de Cuerdas sugiere que nuestro universo contiene dimensiones extra – la mayor parte de las cuales están tan curvadas y son tan pequeñas que no podemos verlas – que subyacen a nuestro particular conjunto de leyes físicas. Muchos científicos se preguntaron por qué nuestra forma de curvar las dimensiones extra debería ser la única forma posible.

En la Teoría de Cuerdas, otro universo podría tener hasta 10 dimensiones espaciales, con siete de ellas curvadas. Los tipos y masas de las partículas fundamentales, así como las variedades y fuerza de las fuerzas fundamentales, podrían variar en un número incontable de formas.

Los teóricos de cuerdas predicen una inflación eterna que “creará grandes cantidades de distintos universos”, dice Aguirre, “o regiones donde se detiene la inflación, pero corresponderán, cada uno de ellos, a distintas formas en las que esas dimensiones extra se curven, y tendrán distintas propiedades para los universos que formen”.

Desde dentro, cada universo parece infinito. De tal forma la mujer que perdió el tren en su universo nunca podrá saber nada sobre la mujer que lo cogió en otro; en cierto sentido, está atrapada en su burbuja.

Pero, como la espuma de un desagüe lleno de agua enjabonada, estas burbujas podría chocar entre sí. Durante mucho tiempo los científicos pensaron que, aunque las colisiones ciertamente tienen lugar, las posibilidades de ver una serían muy bajas. O si vieras una, sería fatal. “La burbuja que viene hacia la nuestra entraría en nuestra burbuja y nos destruiría”, dice Aguirre. “Y dado que obviamente eso no ha sucedido, hay algo de razón”.

Con estas cosas en mente, Guth y dos colegas calcularon la probabilidad de ver una colisión de burbujas en nuestra región observable del universo – una minúscula parte de una burbuja. Publicaron su estudio en la revista Physical Review D y lo publicaron on-line en diciembre de 2006.

“Concluimos que la mayor parte de los observadores en los universos burbuja vive demasiado lejos de las regiones de colisión y no verán ninguna señal de las mismas”, dice el coautor Alex Vilenkin, de la Universidad Tufts en Medford, Massachusetts. Dicen que asumieron que las nuevas burbujas se forman a un índice muy lento, de tal forma que las “colisiones entre burbujas no son muy frecuentes”.

Esto significa que la mujer del tren nunca sabría si su burbuja impactó con la burbuja de la mujer que perdió el tren, debido a que la primera mujer estaba demasiado lejos del lugar donde colisionaron las burbujas. Incluso su la colisión destruyó parte de una de las burbujas, la región no afectada que ve cada mujer aún parecería infinita desde su punto de vista. Entonces, de nuevo, una colisión podría aniquilar la otra burbuja.

Aguirre y sus colaboradores tomaron otro punto de vista. “¿Por qué esas colisiones serían necesariamente tan devastadoras?”, se preguntó. Y, ¿qué pasaría si tuviese lugar una sutil colisión lo bastante cerca como para que pudieras verla?

En otro estudio, el equipo de Aguirre intentó imaginar qué aspecto tendrían las colisiones, y llegó a “un disco en el cielo”, el cual “podría ser infinitesimalmente pequeño en algunos casos, o el cielo entero en otros”.

Pero aún quedaba una cuestión sobre cuándo serían fatales las colisiones para el observador. “Y ¿cuándo podrían simplemente “rozar” la burbuja en la que está el observador, sin perturbarla demasiado, pero dejando algún tipo de señal?”, dice Aguirre, un indicador que alguien en la burbuja pudiera ver y decir, “Oh mira, ahí tenemos otro universo”.

Este es el escenario que propuso en un estudio con el investigador de posdoctorado Matthew Johnson del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, que publicaron on-line en arXiv.org en diciembre de 2007.

Encontraron que en muchos ejemplos una colisión no sería necesariamente falta, sino que podría verse como una perturbación del fondo de microondas. Qué aspecto tendría, dice Aguirre, es algo que no han sido capaces de calcular. Pero si hubiese sólo una burbuja, o incluso si hubiese muchas, parecerían proceder principalmente de una dirección.

Imagina una única burbuja rebotando contra otra, la situación que el cosmólogo Kleban y sus colaboradores consideraron en su estudio publicado en Arxiv.org unos días antes de que Aguirre publicase el suyo. “Si estás dentro de una de ellas”, dice Kleban, “obviamente existe una dirección desde la que vino la burbuja, y verás algo especial en esa dirección”.

Extrañamente, tal anisotropía (una señal mayor de una dirección que de otra) sería la misma incluso si hubiese múltiples burbujas. Sólo en un escenario extremadamente improbable de que la Tierra ocupase exactamente el centro del cosmos sería posible que las burbujas impactasen igualmente desde todas las direcciones.

Otra forma de pensar en ello es que en este modelo de burbuja, el Big Bang empezó en un lugar concreto del espacio y el tiempo, dice el astrofísico teórico de la Universidad de Princeton David Spergel. “Si vivimos al norte y a la derecha de tal punto, en una dirección del cielo deberíamos ver más colisiones con otras burbujas que en el resto”.

Aquí es donde entra en juego el fondo cósmico de microondas. Esta radiación, dejada por el Big Bang, ha sido enfriada por la expansión del universo a aproximadamente 2,7 kelvin, o unos pocos grados Celsius por encima del cero absoluto (-273°C). Se ve infinitesimalmente más caliente o frío en ciertos puntos, correspondientes a las fluctuaciones en la densidad de los inicios del universo que llevaron a la agrupación de materia en galaxias. Hasta ahora, el patrón de los puntos ha parecido el mismo en todas las direcciones. Pero si las especulaciones de Aguirre y Kleban son correctas, el CMB tal vez se vería más frío en una dirección que en otras.

Sorprendentemente, las medidas del CMB más precisas hasta la fecha hechas por el satélite Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) parecen apuntar exactamente a esto. “Existe un poco de anisotropía”, dice Kleban. “En particular, existe un gran punto frío en una dirección”, el cual hace que parezca que el cielo está rotando alrededor de un eje.

Esta anisotropía fue apodada como el “eje del mal” en un artículo de 2005 en Physical Review Letters firmado por el investigador afincado en el Reino Unido João Magueijo del Imperial College en Londres y Kate Land, ahora en la Universidad de Oxford. Spergel, una de las investigadoras del equipo de WMAP, es escéptica. “Creo que el “eje del mal” del CMB es similar al “eje del mal” de George Bush, en que si vas a los datos buscando algo”, dice, “lo encontrarás”.

Pero otra gente está buscando en cualquier caso. En agosto de 2007, el astrónomo Lawrence Rudnick de la Universidad de Minnesota en Minneapolis anunció que él y su equipo, peinando datos del radiotelescopio VLA cerca de Socorro en Nuevo México, encontró un gigantesco vacío, de casi mil millones de años luz de diámetro. El vacío, centrado en el punto frío de WMAP, parece estar en su mayor parte vacío de galaxias o materia oscura.

Esto es lo que se esperaría encontrar si el punto frío fuese real. Tal anisotropía podría indicar una colisión de burbuja – o tal vez no.

Spergel defiende que los puntos más fríos y calientes del cielo en el CMB están dentro del plano de nuestra galaxia, lo cual, dice, “sugiere que realmente estamos viento variaciones a gran escala en las propiedades del polvo dentro de nuestra galaxia, no algo cosmológico”.

Kleban está de acuerdo en que es difícil separar los efectos de las interferencias de dentro de la galaxia. “Es como si intentases sintonizar tu televisión con estática”, dice, “y te interfirieran los programas”. Añade que aún no sabe si la colisión de una burbuja produciría exactamente el mismo unto frío que puede existir en el CMB. Aún así, “la posibilidad, de ser cierta, es apasionante”, dice. “Podría realmente cambiar la visión de nuestro lugar en el universo”.

Existe otra posibilidad: una colisión con otra burbuja que aún no ha tenido lugar. Si en nuestro futuro hay una devastadora colisión, dice Kleban,”quedaremos aplastados como moscas, y será el final de todos nosotros”.

Si las burbujas colisionan, el muro entre ellas tendería a acelerar hacia una de las burbujas. “Y si acelera hacia nosotros, entonces la luz o alguna otra señal procedente de la colisión llegará justo un momento antes de que llegue el propio muro, y en tal caso, estamos muertos”, dice Kleban. Por suerte, debido a algunas de las propiedades particulares del universo, en la mayor parte de los casos, el muro no se movería hacia nosotros, sino que se alejaría, comenta.

El siguiente paso es comprender mejor qué modelos teóricos predicen realmente la señal del CMB. “Queda mucho trabajo por hacer antes de alcanzar alguna conclusión fiable, pero los primeros pasos dados por los artículos de Kleban y Aguirre son muy importantes e interesantes”, dice Vilenkin.

Tegmark es optimista, no obstante. “Este es un ejemplo de algo que vemos una y otra vez en la ciencia, donde la frontera entre la ciencia y la ciencia ficción se desplaza”, dice. Los átomos y los agujeros negros podrían haber permanecido para siempre en el dominio de la ciencia ficción, pero las nuevas tecnologías permitieron su detección. Los universos paralelos, dice Tegmark, “podrían ser otro caso de algo que pensamos que está más allá de la ciencia y que termina dentro de la misma”.