¿Qué tan fino es el encaje del universo? O para decirlo de manera más prosaica, ¿cómo se centra el contenido del universo en los hilos y nudos de la gran red cósmica que constituye su tejido? Este parámetro, su «granularidad», es fundamental en cosmología porque resulta en cierto modo del equilibrio entre las dos «sustancias» más importantes y misteriosas que componen el universo: la materia oscura (alrededor del 25% de su contenido), que sólo se siente por sus efectos gravitacionales y atrae cosas hacia él; y la energía oscura (casi el 70% de su contenido actual), cuya naturaleza y origen son aún más inciertos, que por el contrario “repele” todas las cosas y sería responsable de la expansión acelerada del universo.
Sin embargo, actualmente existe “tensión” sobre el valor de esta granularidad (a través de un parámetro denominado S8 por los especialistas). Por un lado, el satélite Planck midió con sorprendente finura las muy leves fluctuaciones de la radiación fósil, la primera luz emitida por el universo en el que todavía estamos inmersos. También llamado “fondo cosmológico difuso”, este último lleva en sí la huella de pequeños “grumos” primordiales, esas pequeñas heterogeneidades que han evolucionado para dar lugar a las grandes estructuras actuales. Si la sopa primordial hubiera sido perfectamente homogénea, el universo todavía lo sería hoy.
Al otro lado del anillo, las mediciones de “lentes gravitacionales débiles” también brindan acceso a la granularidad del universo. Esta vez, los científicos están observando cómo la imagen de las galaxias está ligeramente distorsionada por toda la materia oscura en la línea de visión. En particular la materia oscura que, contrariamente a su nombre, es perfectamente transparente. Al multiplicar las observaciones de un gran número de galaxias, los científicos pueden limitar el valor del parámetro S8. El problema es que esto difiere de lo establecido por los equipos de Planck (es un poco más débil). Cuando la misma física da dos resultados diferentes, sólo hay dos opciones: o al menos uno de los resultados es incorrecto, o la física es incorrecta. A los científicos les gustaría que fuera la segunda opción: abriría una brecha en la estructura actual, con la posibilidad de vislumbrar nueva física.
Pero para llegar a esta conclusión extrema se necesitarán argumentos sólidos. Es en este contexto que hay que considerar el nuevo trabajo posible gracias al telescopio espacial ruso-alemán eRosita. Lanzado en 2019, este último elabora un mapa completo del cielo en el campo de los rayos X. A finales de enero se hizo público un primer catálogo que contiene cerca de un millón de fuentes, la mayoría de ellas completamente nuevas. Cubre todo el hemisferio occidental del cielo. Lamentablemente, falta el catálogo “est”, que sigue siendo propiedad de los rusos y con el que los alemanes interrumpieron su colaboración tras el inicio del conflicto en Ucrania.
La mayoría de los objetos que emiten rayos X en el universo son núcleos galácticos activos (unas 700.000 fuentes). Pero no son ellos los que nos interesan aquí. De hecho, existe otra fuente más “cosmológica”: el gas muy caliente en el que están bañados los cúmulos de galaxias, que son, junto con los supercúmulos (cúmulos de cúmulos), las estructuras más grandes del universo. Este gas es muy tenue. Contiene sólo alrededor de un átomo por litro. Esta es la densidad que se obtendría diluyendo un litro de aire en un volumen equivalente al doble del de la Luna. En comparación, es al menos de 10 a 100 veces menos denso que el vacío entre las estrellas. Pero hace mucho calor: unos diez millones de grados, lo que significa que allí los átomos se mueven muy rápidamente. Fue al colapsar en el momento de la formación del cúmulo que el gas se calentó, hasta el punto de que los átomos terminaron arrancándose los electrones entre sí para formar un plasma. Sin embargo, estos electrones emiten fotones de rayos X cuando disminuyen su velocidad (lo que llamamos bremsstrahlung continuo). El catálogo de eRosita contiene así 12.000 de estas fuentes “cosmológicas” de rayos X, las más distantes de las cuales se encuentran entre 7 y 8 mil millones de años luz de nosotros (es decir, más de la mitad de la edad del universo).
«Aquí sólo utilizamos un poco más de 5.000, 5.259 para ser exactos», explica Emmanuel Artis, astrofísico del Instituto Max Planck de física extraterrestre en Garching, Alemania, coautor de este primer trabajo de interpretación de los datos cosmológicos de eRosita a Se publicará en la revista Astronomía.
El juego consiste entonces en encontrar qué parámetros explican mejor las observaciones, basándose en particular en los resultados de grandes simulaciones numéricas que siguen la evolución del universo. Conclusión: las observaciones de eRosita dan como resultado una medida de granularidad compatible con la de Planck. “Debemos ser muy cuidadosos, pero por el momento esto sugiere más bien que las mediciones basadas en un efecto de lente débil se ven afectadas por una especie de sistemática aún poco comprendida que da un resultado ligeramente diferente”, analiza Emmanuel Artis. «Los teóricos pueden sentirse un poco decepcionados, pero ese no es el final de la historia».
De hecho, existen otras tensiones cosmológicas que también podrían llevarnos a revisar nuestros modelos de evolución del universo, en particular sobre la constante de Hubble que cuantifica su velocidad de expansión. Los diferentes métodos de cálculo no conducen al mismo resultado por razones que aún no están claras. Por otro lado, actualmente están aumentando los estudios astronómicos a gran escala. En luz visible y en el infrarrojo cercano, el telescopio espacial europeo Euclid está produciendo el catálogo de galaxias más completo jamás creado. Será duplicado en el cielo austral por el LSST, actualmente en construcción en Chile. Los grandes radiotelescopios de microondas y submilimétricos, instalados en particular en el Polo Sur y en Chile, deberían permitirnos profundizar en nuestra comprensión del fondo cósmico de microondas (proyecto CMB-S4). “Todos estos conjuntos de datos nos impondrán limitaciones cada vez más fuertes sobre la granularidad y la tasa de crecimiento de las grandes estructuras del universo”, estima Emmanuel Artis. “Nuestro modelo teórico de evolución colapsará en un momento u otro, eso es seguro. Estamos a unos pasos del precipicio, es muy emocionante”.
