Cosmología

Vida y obra del Universo

El cosmólogo Gabriel Bengochea y su equipo tratan de comprender cómo surgió y cómo evoluciona el universo. Para ello analizan la energía oscura y la inflación cósmica. Sostiene, entre otras cosas, que la física de los momentos iniciales del universo nos ofrece una oportunidad excepcional porque es la única área que combina la teoría de la gravitación y la física cuántica con datos observacionales muy precisos.

1 Abr 2019 POR Patricia Olivella

Credits: ESA/NASA

Steven Weinberg, Premio Nobel de Física 1979, publicó en el año 1977 un libro que es un clásico de la divulgación científica: Los tres primeros minutos del Universo. Allí relataba -en una especie de recopilación de “fotogramas”- la “película”del inicio del Universo, desde apenas décimas de segundos después del Big Bang. Pero si los tres primeros minutos de “vida” del Universo dieron para escribir un libro de casi 300 páginas, la historia total de su origen y evolución, tiene una extensión muchísimo más grande aún y es fuente de interés para gran cantidad de investigadores e investigadoras. La disciplina que se dedica su estudio es la cosmología.

“En el Grupo de Teorías Cuánticas Relativistas y Gravitación del IAFE desarrollamos investigaciones muy variadas. Mi área de trabajo particular es la cosmología. Esto es, tratar de entender cómo surgió y cómo evoluciona el universo a gran escala”, se presenta el físico Gabriel Bengochea. “El estudio del origen y la evolución del universo abarca una extensión temporal tan basta que uno, para trabajar, debe enfocarse en determinadas épocas cosmológicas o en fenómenos físicos particulares”, agrega.

Por esta razón, Bengochea trabaja fundamentalmente en dos de estas épocas cosmológicas: una relacionada con la energía oscura y otra con la inflación cósmica al comienzo del universo.

«La energía oscura aporta el 70% del contenido energético del Universo y hace que su expansión sea acelerada. Fue incorporada al modelo del Big Bang hace justamente 20 años, pero aún no sabemos cuál es su naturaleza. Es así que me he involucrado en el desarrollo de modelos teóricos que puedan explicar esta expansión acelerada, ya sea modificando teorías de gravitación o con modelos que contemplen alguna variante en las hipótesis estándares. También, lo hago analizando cómo son procesados ciertos datos observacionales que tienen que ver con objetos conocidos como supernovas. La supernovas son, justamente, las que abrieron la caja de Pandora de la energía oscura en el año 1998”, explica Bengochea.

Junto a otros colegas, Bengochea trabaja desarrollando modelos que puedan explicar de qué manera pasó el Universo de tener una estructura inicial perfectamente homogénea, con ciertas simetrías iniciales, a las inhomogeneidades o anisotropías detectadas hace algunas décadas con instrumentos e investigaciones más recientes. Para ello, resulta de particular interés el estudio del llamado fondo cósmico de microondas, radiación electromagnética que proviene de todos los confines del Universo y constituye uno de los mayores sustentos de la teoría del Big Bang.

“Desde hace unos pocos años, estoy trabajando también en entender algunos problemas abiertos en la interfase entre la cuántica y la gravitación, en la época temprana del Universo conocida como inflación cósmica: una fase acelerada, muy breve, al comienzo de la historia del Universo”, comenta el astrofísico. “Mi tema actual de trabajo se relaciona con el origen cuántico de las estructuras a gran escala y con algunos problemas aún no resueltos completamente en la cosmología estándar.

La propuesta inflacionaria (que explica la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales después del Big Bang), dentro de la cosmología moderna, es extremadamente exitosa. Surgió como solución a ciertos problemas técnicos que tenía el modelo del Big Bang tradicional. Pero pronto, también se convirtió en el mecanismo por el cual podrían haberse generado las semillas primordiales de las estructuras que hoy vemos en el cielo.

Éste es un terreno ideal para investigar las cuestiones relacionadas a la interfase entre la gravitación y la mecánica cuántica, a la que se podría tener algún grado de acceso empírico, por ejemplo, a través de rasgos impresos en el fondo cósmico de microondas: una radiación que nos llega desde todas direcciones y contiene información de cuando se formaron los primeros átomos en el universo. Sin embargo, pensamos que existe un problema en el esquema explicativo de la emergencia de estructura provisto por este paradigma, que tiene que ver con cómo pasar de un universo con ciertas simetrías iniciales (ser perfectamente isótropo y homogéneo) a un Universo con inhomogeneidades encendidas, en el marco de la física cuántica estándar cuyas ecuaciones de evolución no pueden lograr eso”, afirma.

En el marco de la cosmología estándar, los investigadores afirman que hoy podemos decir que conocemos bastante bien la naturaleza de sólo el 4% del contenido del universo: los átomos. “Por eso se vuelve muy importante el desarrollo de modelos que apunten a entender el sector `oscuro´ del universo, puesto que dicho estudio constituye uno de los grandes desafíos de la cosmología del siglo XXI”, sostiene Bengochea. Por otra parte, la física de los momentos iniciales del universo nos ofrece una oportunidad excepcional, porque es la única área que combina nuestras teorías de la gravitación y la física cuántica con datos observacionales muy precisos que pueden utilizarse para poner a prueba los modelos teóricos, con lo que podríamos obtener algunas pistas acerca de ciertos rasgos que tendría una teoría cuántica de la gravitación”, concluye.