Todo lo que puedes tocar, pesar o apuntar con un telescopio —cada estrella, cada planeta y cada persona— suma apenas un 5 % del universo. Eso no es un error de redondeo; es una de las cifras más sólidamente confirmadas de la cosmología, refinada a lo largo de décadas de mediciones de la luz remanente del nacimiento del universo. El resto es materia oscura y energía oscura, dos componentes que los astrónomos pueden medir con precisión sin saber todavía qué son realmente: una extraña forma de certeza, la de estar seguros de que algo existe mucho antes de saber de qué está hecho.
El Big Bang es el nombre que los cosmólogos dan al estado caliente y denso del que todo procede, hace unos 13,787 mil millones de años, con una precisión de hasta 0,02 mil millones de años en cualquier sentido: una cifra sorprendentemente exacta para algo que ocurrió antes de que existieran los átomos. Llegar a esa cifra llevó casi un siglo de descubrimientos accidentales, astrónomos obstinados y un sacerdote belga con una muy buena idea.
Esta guía repasa las pruebas: el resplandor que aún atraviesa el cielo, los instrumentos construidos para cartografiarlo, las personas que discutieron sobre su significado y lo extraño que resulta ser el "presupuesto doméstico" del universo.
El resplandor que todavía cruza el cielo
Unos 375.000 años después del nacimiento del universo, este se enfrió lo suficiente como para que se formaran los átomos y se disipara la niebla de partículas cargadas, permitiendo que la luz viajara libremente por primera vez. Esa primera luz todavía baña la Tierra hoy en forma de fondo cósmico de microondas, llegando desde todas las direcciones a la vez.
No es perfectamente uniforme. Las mediciones por satélite han descubierto que una zona del cielo se encuentra a una temperatura de 2,7251 kelvin, mientras que otra marca 2,7249 kelvin: una diferencia de dos diezmilésimas de grado. Esa mínima irregularidad era exactamente lo que necesitaban los cosmólogos: sin ella, la gravedad no habría tenido nada extra a lo que aferrarse, y puede que la materia nunca se hubiera agrupado en galaxias. Cartografiar esas diminutas variaciones con la precisión suficiente para que importaran llevó décadas y varias generaciones de naves espaciales, cada una persiguiendo una señal más tenue que la anterior.
Un descubrimiento accidental que ganó un premio Nobel
En 1964, los radioastrónomos de los Laboratorios Bell Arno Penzias y Robert Wilson captaron con su antena un tenue y uniforme siseo que no desaparecía sin importar hacia dónde la apuntaran. No estaban buscando el nacimiento del universo, sino tratando de localizar un ruido de sus equipos, y ese "ruido" resultó ser la propia radiación de fondo cósmica. Es una de las historias de origen más improbables de la ciencia: el mayor hallazgo cosmológico de la década se presentó disfrazado de avería.
Catorce años después, en 1978, el dúo recibió el Premio Nobel de Física por ese descubrimiento, que le dio a la cosmología la prueba más sólida hasta entonces de que el universo había comenzado en un estado caliente y denso, en lugar de permanecer eternamente en un estado estable.
Un satélite que cartografió la foto de bebé de todo lo que existe
La antena de Penzias y Wilson pudo confirmar que la radiación de fondo existía, pero no pudo mostrar el aspecto detallado del cielo. Eso requirió naves espaciales dedicadas: el Cosmic Background Explorer de la NASA detectó en 1992 las tenues ondulaciones de temperatura en amplias zonas del cielo, y más tarde la sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe perfeccionó esa imagen hasta obtener el primer mapa de todo el cielo con una resolución de apenas 0,2 grados.
El físico Adam Riess, que más tarde compartió su propio Premio Nobel en 2011 por un trabajo distinto sobre la aceleración cósmica, resumió el impacto de la misión de forma sencilla: había aportado precisión a la cosmología, y el campo ya nunca volvería a ser el mismo. Un mapa tan detallado convirtió al Big Bang de un boceto tosco en algo más parecido a un plano de ingeniería, con cifras sobre las que otros científicos podían realmente construir.
Los astrónomos que vieron venir la expansión
Mucho antes de que nadie hubiera oído hablar del fondo cósmico de microondas, las pistas ya estaban presentes en la luz corriente de las estrellas. En 1912, Vesto Slipher apuntó su espectrógrafo hacia lo que entonces se llamaban nebulosas espirales y notó algo extraño: casi todas se alejaban de la Tierra a gran velocidad.
A finales de la década de 1920, Edwin Hubble había convertido esa rareza en un patrón, demostrando que las galaxias lejanas se alejaban en todas direcciones, tal como predecían las propias ecuaciones de Einstein si el espacio mismo se estuviera estirando. Fue menos un único momento de "descubrimiento" que años de evidencias que apuntaban silenciosamente en la misma dirección, con los espectros de Slipher realizando buena parte del trabajo previo que acabó asociándose al nombre de Hubble.
El sacerdote que le puso nombre al principio
Georges Lemaître, físico belga y sacerdote católico, llegó de forma independiente a una conclusión similar. En 1931 propuso que el universo había surgido de lo que él llamó un "átomo primigenio", la idea que con el tiempo se convirtió en el moderno modelo del Big Bang.
La huella de Lemaître se remonta incluso más atrás que aquel famoso artículo. El primer dato que hay detrás de lo que hoy se llama la constante de Hubble, la cifra que describe la rapidez con la que se expande el universo, provino en realidad de un artículo suyo de 1927, basado en distancias galácticas que el propio Hubble había medido y publicado. La historia acabó bautizando la constante con el nombre de quien aportó las distancias, y no con el del sacerdote que fue el primero en representarlas frente a la velocidad.
Construido en su mayor parte con cosas que no podemos ver
Si se suman todas las estrellas, planetas, lunas y personas, los átomos ordinarios siguen representando apenas un 5 % de la masa y la energía del universo. El resto se reparte entre dos componentes que no emiten ningún tipo de luz: la materia oscura, con un 27 %, y la energía oscura, con un dominante 68 %.
Nadie ha detectado directamente ninguna de las dos. La materia oscura se infiere a partir de su gravedad —mantiene unidas a las galaxias con mucha más fuerza de la que podría lograr por sí sola su materia visible—, mientras que la energía oscura se infiere del hecho de que la expansión del universo no deja de acelerarse en lugar de frenarse. La materia ordinaria, la del sistema periódico, resulta ser la accionista minoritaria de su propio universo, un hecho que llevó buena parte de un siglo de mediciones determinar con cierta confianza.
Los primeros fuegos artificiales de la química cósmica
En los primeros 20 minutos aproximadamente tras el Big Bang, las condiciones eran lo bastante calientes y densas como para que protones y neutrones comenzaran a fusionarse en los primeros núcleos ligeros del universo: hidrógeno-2, helio-3, helio-4 y litio-7. Este proceso, llamado nucleosíntesis primordial, explica por qué la tabla periódica empezó en la práctica con el helio ya incorporado, mucho antes de que se encendiera ninguna estrella.
Los astrónomos calculan que las primerísimas estrellas del universo empequeñecían al Sol, con una masa de entre 30 y 300 veces la suya y brillando millones de veces más: auténticos gigantes en comparación con la estrella en el centro de nuestro propio sistema solar.
Un universo demasiado grande para verlo todo a la vez
La parte del universo al alcance de nuestros telescopios está poblada de manera bastante uniforme por galaxias en todas direcciones, y se extiende por más de 10 mil millones de años luz, unos 6 mil trillones de millas desde la Tierra. Más allá de ese límite, la luz simplemente no ha tenido tiempo todavía de llegar a la Tierra; eso no significa que el universo termine ahí, solo que ahí termina nuestra visión de él.
Entre los objetos más distantes hallados dentro de ese alcance está GN-z11, una galaxia captada por el telescopio espacial Hubble en 2016 con un corrimiento al rojo de aproximadamente z≈11,1, vista tal como era unos 400 millones de años después del inicio de la historia del universo: una instantánea de cuando el cosmos tenía apenas una pequeña fracción de su edad actual. Cada dato de esta guía, desde la antena de Nueva Jersey hasta el resplandor que hoy sigue sobre nuestras cabezas, es en realidad un largo argumento a favor de la misma conclusión: el universo tuvo un principio, y las pruebas de ello todavía siguen llegando.