El Big Bang que fue también un gran espín que podría explicar la sorprendente alineación de las galaxias, por no mencionar el origen de la materia misma.

Albert Einstein tenía razón en muchas cosas, pero el universo no era uno de ellas. Para él, como a muchos antes que él, el cosmos era una entidad estática e inmutable. En 1915, al desarrollar sus ecuaciones de la relatividad general y descubrir que el universo que describía no funcionaba de esa manera, le añadió un término adicional para asegurarse de que así lo hiciera.

Una década más tarde, las observaciones de las galaxias cercanas revelaron que el universo está muy lejos de ser estático, por el contrario, se estaba expandiendo con furia, desde su nacimiento hace miles de millones de años, en un punto infinitamente caliente y denso llamado Big Bang.

Y eso no es todo. En la década de 1990, la luz de lejanas supernovas nos convenció de que la expansión del universo se está acelerando. Esta fue la suerte póstuma de Einstein: el término que amañó sus ecuaciones fue más tarde revivido para describir la «energía oscura» que alimenta la aceleración.

Por lo que el universo se expande y acelera a la vez. Hasta ahí, bien, ahora, sin embargo, resulta que también podría estar girando.

Eso es lo que el físico Michael Longo, de la Universidad de Michigan en Ann Arbor, cree haber descubierto. Si esto es así, supondría seguramente una gran revisión de lo que asumimos sobre el cosmos, y tal vez, una solución a uno de sus mayores misterios, el hecho desconcertante de la propia existencia de la materia. Como un anónimo experto del más reciente documento de Longo escribía: «Esta aseveración, de ser cierta, tendría un profundo impacto en la cosmología y resultaría en un muy probable premio Nobel.»

En el corazón de la historia hay una regla básica llamada ley de conservación de la paridad. La naturaleza, dice, no discrimina entre procesos físicos, objetos y sus imágenes espejo. Pongamos una peonza: no gira en sentido horario y antihorario de ninguna manera fundamentalmente diferente. En la abreviatura matemática, podemos señalar que una cantidad llamada paridad sigue siendo la misma como sea que lances la coordenada espacial y tener al punto las cosas o que se muevan en la dirección opuesta.

Herética cuestión

Excepto, claro está, cuando no es así. Para empezar, la biología se burla de la paridad. Las moléculas quirales vienen con diferentes formas diestras y zurdas que reaccionan de distintas maneras. Los aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas, favorecen lo zurdo sobre lo diestro, el por qué de esto se desconoce.

Luego están las partículas. Entre el día de Navidad y el Año Nuevo de 1956, cuando la mayoría de la gente estaban disfrutando de un merecido descanso, un grupo de físicos, liderados por Chien-Shiung Wu estaba estudiando la desintegración beta radiactiva del espín del núcleo de cobalto 60, en la National Bureau of Standards de Washington DC. Suponiendo la conservación de la paridad, los núcleos deberían haber emitido una partícula beta, o un electrón, tanto en la misma frecuencia de la dirección de su espín, como en la contraria.

Pero no lo hicieron. Alrededor del 70 por ciento de los electrones se emiten contra el spin nuclear. La fuerza nuclear débil, que gobierna la desentegración beta, favorece que los objetos y procesos puedan moverse en ciertas direcciones. Este descubrimiento fue crucial en el posterior establecimiento del modelo estándar de la física de partículas, y los dos teóricos que había propuesto el efecto, Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang, fueron galardonados con el premio Nobel al siguiente año.

Así que, si esto ocurre a pequeña escala, la conservación de paridad también podría haberse pasado por alto a gran escala, y cómo no, en la más grande. Esa es la cuestión que Longo comenzó a reflexionar hace pocos años. «El hecho de que el universo podría violar la paridad fue fascinante», señala.

Fascinante … y herética. La asunción de la conservación de paridad cósmica está ligada a lo que se conoce como el principio cosmológico: en donde quiera que estés en el universo y en la dirección en que se mire, las cosas en promedio tienen el mismo aspecto. El universo no sabe de izquierda o derecha, de hecho, no sabe nada de sitios concretos ni direcciones. En cuanto a los fundamentos filosóficos de la cosmología moderna, no hay cosa más fundamental que eso.

Esto hace que los hallazgos de Longo sean si cabe más extraños. En 2007, examinó la base de datos de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto que desde el año 2000 ha estado usando un telescopio de 2,5 metros en el Observatorio Apache Point en Sunspot, Nuevo México, para recoger las imágenes de cerca de un millón de galaxias en el cielo del norte. Estaba buscando las galaxias espirales, cuyos brazos giratorios eran claramente visibles, mostrando que la dirección de las galaxias estaban girando.

No fue algo fácil. Muchas galaxias espirales se nos presentaban en un ángulo enfrentado, de forma que no se veían claramente sus brazos, mientras que las explosiones de formación estelar sugieren que las colisiones y fusiones recientes podrían haber interrumpido su espín original. Longo, pronto modeló unos 2.817 ejemplos claros con las primeras 40.000 galaxias, situadas a 540 millones años de luz.

Espin sincronizado

En equiparidad de condiciones, se podría esperar que, en general, estas galaxias siguieran girando en direcciones aleatorias, de acuerdo a las condiciones locales de cuando se formaron. Y de hecho ese era el caso. En la mayoría de los sectores del cielo norte, había un mismo número de galaxias se rotaban hacia la derecha, en el sentido del reloj, y hacia la izquierda, en sentido contrario. Pero en una sola dirección, a unos 10 grados respecto al eje de rotación de nuestro propia galaxia, hay más espirales zurdas que diestras. Esto era intrigante, pero nada más. «El resultado fue positivo, pero con ese número de galaxias, la significación estadística aún era marginal», apuntaba Longo.

En 2010, ya había 230.000 galaxias disponibles en la base de datos del SDSS, y Longo decidió echar otro vistazo. Esta vez, necesitó un equipo de estudiantes graduados para repetir su análisis. Terminaron con una muestra de 15.158 galaxias espirales de clara rotación, la más lejana a unos 1,2 mil millones de años luz de distancia.

El efecto no sólo seguía ahí, sino que era más fuerte. Esta vez había sólo un 0,006 por ciento de posibilidades de que fuese una casualidad estadística (Physics Letters B, vol 699, p 224).

Fue entonces cuando Longo miró al cielo del hemisferio sur, que no estaba cubierto por la SDSS. Ya en 1991, los astrónomos Hajime Sugai, de la Universidad de Tokio, y Masanori Iye, del Observatorio Astronómico de Japón, habían compilado un catálogo de las direcciones de giro de alrededor de 8.000 galaxias sureñas, usando los datos del telescopio del Observatorio Europeo del Sur en La Silla, Chile. Ellos habían estado buscando un efecto «dipolo» similar de las galaxias, pero abandonaron el proyecto. «Vimos algunas pruebas de la presencia de este dipolo», decía Masanori. «Pero no fue muy significativa.»

Pero Longo vio algo que se había escapado. Estirando al extremo lo que el telescopio podía ver, a lo largo del mismo eje del cielo del sur, había un claro exceso esta vez, de espirales diestras. Era el mismo efecto, sólo que al revés.

Para Longo, eso apuntaba a una conclusión alucinante. «Si esa asimetría es real, esto significa que el universo tiene un momento angular neto». El momento angular, como la energía, no puede ser creado ni destruido, lo que significa que también debió haber nacido de un espín. Sólo eso explicaría por qué las galaxias se alinéan a lo largo (el eje del espín original del mismo universo), reciben el impulso extra que hace que la mayoría de ellas giren en la misma dirección.

Y el universo puede estar girando todavía, aunque no lo sepamos. «No podemos ver el giro, porque estamos dentro, y no podemos mirar hacia afuera, así que directamente no podemos demostrar que está girando», explica Longo. Sin embargo, si la idea se mantiene en pie, es realmente una bomba. El universo no es el mismo dondequiera que se mire, sino que tiene direcciones especiales en las que ciertas cosas ocurren y otras no. La paridad resulta violada, el principio cosmológico se debilita.

Vamos a empezar con lo que no quiere decir: la Tierra no se encuentra en un lugar especial. Aunque podría parecer que estamos en una posición ideal para mirar a lo largo del eje espín único del universo, todo el espacio se expandió de un solo punto infinitamente pequeño en el Big Bang. El eje del giro inicial se ha ido expandiendo con él, de tal manera que, donde quiera que estés en el cosmos, ahí también estará, apuntando en la misma dirección (ver diagrama).

En cuanto a lo que podría haber establecido el espín del universo, o lo que las observaciones puedan decir acerca de la posibilidad de otros universos más allá, Longo prefiere no especular. En cuanto al funcionamiento interno de nuestro cosmos se refiere, sus hallazgos han establecido, al menos, una perspectiva cosmológica de un espín. «Quedé impresionado», señalaba el teórico Stephon Alexander de Haverford College, en Pensilvania. Se ajusta bien con una idea pujante durante la mejor parte de la década, esa que también podría explicar otra asimetría: ¿por qué la materia domina la antimateria en nuestro cosmos?

Este es uno de los problemas más espinosos de la física. El modelo estándar indica que hay una absoluta simetría entre materia y antimateria, pero si ambas se crearon en igual cantidad después del Big Bang, se habrían aniquilado por entero mutuamente en una sola fracción de segundo. La existencia de galaxias, estrellas, planetas, el polvo y la vida, están hechas de materia…, por decirlo suavemente, toda una vergüenza para esta teoría de tan enorme éxito.

De manera natural se podría haber diseñado el dominio de la materia: a través de un fenómeno conocido como violación CP. Esta idea surgió a partir de preguntarse si la fuerza nuclear débil no respeta la sola paridad (P), ¿respeta esto la simetría?. Una respuesta es que podría respetar la paridad y la conservación de carga (C) en conjunto. En efecto, esto significa que si usted toma un proceso, como una reacción de partículas, se la da la vuelta en un espejo y, simultáneamente, cambia todas las partículas en partículas idénticas de carga opuesta, sus antipartículas, la reacción debería proceder como antes.

Pues no es así. Unos experimentos de la década de 1960 revelaron que la simetría CP tambión se rompe por la fuerza débil, una reacción y su imagen invertida, proceden con la inversión de carga equivalente a velocidades ligeramente diferentes. El físico soviético Andrei Sajarov, demostró en 1967 que un enorme proceso de violación CP se produjo en el universo temprano, cuando la materia y la antimateria se estaban produciendo, lo que podría explicar por qué una se impuso a la otra.

Pero, ¿qué proceso? En 2004, Alexander, entonces en el Stanford Linear Accelerator Center en Menlo Park, California, y sus colegas, identificaron un posible culpable: la gravedad, la única de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que no está cubierta por el modelo estándar.

Ellos demostraron que un proceso en dos pasos podía lograr el truco deseado. Si la gravedad violó la ley de la conservación de paridad en los primeros instantes después del Big Bang, habría producido ondulaciones en el espacio-tiempo, las ondas gravitacionales, de forma asimétrica. Este sería el momento en que el universo entró en un período conocido como inflación, durante el cual se expandió colosalmente y se produjo tanto materia como antimateria. Las ondas gravitacionales asimétricas habrían interferido con el campo causando la inflación, es decir, el sesgo de producción de la materia sobre la antimateria (Physical Review Letters, vol 96, p 081301).

«Este trabajo tenía una belleza en lo concerniente a la amplitud de las ondas gravitacionales con la asimetría de materia-antimateria», señalaba el físico teórico Robert Brandenberger, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. «Si un nuevo mecanismo relaciona otros dos, en principio, de muy diferentes cantidades observacionales, se convierte automáticamente en un modelo teórico muy interesante». Interesante, sí; pero ¿verdadero?

Dejando de lado la gran pregunta de qué pudo hacer que la gravedad violara la paridad en primer lugar, Alejandro encontró al menos algún socorro a su modelo en el fondo cósmico de microondas. Este remanente del Big Bang que se ha estado propagando hacia nosotros desde todas partes, desde que el universo se expandió y más tarde se enfrió lo suficiente para dejar que los fotones lo atravesaran, dentro de sus primeros 370.000 años de existencia. La radiación tiene una temperatura uniforme, de unos 2,725 grados Kelvin, pero si se mira de cerca se ven los puntos más cálidos y los más fríos. Esto se ve salpicar a través del cielo, excepto cuando se mira a escalas más grandes. Entonces, algunos de los puntos parecen comenzar a alinearse, todos apuntando más o menos en la misma dirección. En 2005, Kate Land y João Magueijo, del Imperial College de Londres, llamó a esta alineación el «eje del mal«.

El equipo WMAP de la NASA, que ha creado mapas increíblemente detallado de la radiación cósmica de fondo, dice que aunque «el hecho de una alineación no se pone en duda», se explica mejor como una casualidad estadística (arxiv.org/abs/1001.4758). Otros no están tan seguros, y la cuestión de los extraños patrones en la radiación de fondo no va a desaparecer. En cuanto concierne a Alexander, es justo el tipo de efecto que las ondas gravitacionales asimétrica producirían.

Y ahora llega Longo. Curiosamente, el eje por el cual las galaxias parecen estar rotando, ya sean de manera más o menos zurda o diestra, es en la misma dirección que el eje del mal. «Esto sugiere que están relacionados», aduce. Y piensa que ya sabe cómo.

Es demasiado pronto para que haya incorporado los detalles de la asimetría galáctica en su trabajo de forma explícita, sin embargo, él ve un hilo sugerente: un universo inicial girando ocasionaría una asimetría que violaría la paridad de la gravedad, que permitiría a la materia triunfar sobre su rival de antimateria. Y ese proceso dejó dos huellas: el eje del mal en la radiación cósmica de fondo, y la alineación poco visible de las galaxias que Longo ha descubierto.

Ciertamente es un hilo bien hilado. Por suerte, pronto tendremos los datos para decidir si es ficción o realidad. El satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, está configurado para proporcionar el mapa más detallado de la radiación cósmica de fondo que jamás se haya hecho. Si Planck, así como WMAP, encuentran un eje del mal, sería la mejor señal más de que el efecto es genuinamente real.

El equipo de Masanori también planea utilizar el Observatorio Astronómico de Japón, de de 8,2 metros, y el Telescopio Subaru, en Mauna Kea, Hawaii, para estudiar las galaxias norteñas con mayor detalle. «Vamos a ser capaces de ‘ver’ un gran número de galaxias con una resolución mucho más fina, y así juzgar la orientación del espín con más facilidad», explica. El Large Synoptic Survey Telescope, con un espejo de 8,4 metros y una cámara de 3.200 megapíxeles, estudiará los cielos sureños de Cerro Panchón, en Chile, a partir de 2020.

Eso debería resolver la cuestión del espín del universo de una manera u otra. ¿Nos hemos equivocado una vez más acerca de cómo funciona el universo? Si es así, la puerta estaría totalmente abierta para el premio Nobel.

• Referencia: NewScientist.com, 17 de octubre 2011 por Anil Ananthaswamy
• Imagen: Unas peonzas ¿Nació girando el universo? (Scame/Shutterstock)
• Diagrama: El Big Bang que fue también un gran espín que podría explicar la sorprendente alineación de las galaxias, por no mencionar el origen de la materia misma. Newscientist.com
• Traducido por Pedro Donaire
• http://bitnavegante.blogspot.com/2011/10/el-espin-original-del-universo.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+bitnavegante+%28BitNavegantes%29&utm_content=Google+Reader&utm_term=Google+Reader