Hace más de diez años, mientras tomaban la temperatura del universo, unos astrónomos descubrieron que un pedazo del cielo, que abarca un ancho equivalente a 20 lunas, estaba inusualmente frío.
Los astrónomos medían la radiación de microondas que baña a todo el universo, un resplandeciente vestigio del Big Bang.
Mirar este Fondo Cósmico de Microondas (CMB, por sus siglas en inglés) es dar un vistazo al universo primitivo, una época en la que tenía menos de 400.000 años.
El CMB cubre el cielo y se ve prácticamente igual en todos lados con una temperatura intensamente fría de 2,725 grados Kelvin, solo un par de grados más caliente que cero absoluto.
Sin embargo, armados con el recién lanzado satélite WMAP, los astrónomos se pusieron a investigar variaciones de temperatura tan pequeñas como unas pocas cienmilésimas.
Nacido de la espuma cuántica que era el universo después del Big Bang, estas fluctuaciones aleatorias ayudan a los científicos a entender de qué está hecho el cosmos y cómo se originó.
Y sobresaliendo entre esas fluctuaciones estaba una mancha fría. Los astrónomos han propuesto toda clase de ideas para explicarla, incluyendo existencia de universos paralelos.
Sin embargo ahora el sospechoso principal es una enorme caverna de vacuidad llamado supervacío cósmico, tan grande que pudiera ser la mayor estructura en el universo.
Según la teoría, tal vacío, en el que no existen estrellas ni galaxias, puede dejar una impresión gélida en el CMB.
Cómo hacer una mancha fría
La mancha fría no es la única anomalía encontrada por los científicos y la teoría estándar de la cosmología, profética en pronosticar otros detalles del CMB, no ha podido encontrar una explicación absoluta para esas rarezas.
La más simple es que son producto de la casualidad por las fluctuaciones de las temperaturas aleatorias del CMB. El reto para los científicos es comprobar que es así.
Lo que está surgiendo como principal hipótesis es la existencia de un supervacío cósmico.
Todas las cosas en el cosmos –galaxias y materia oscura invisible– se extienden por el espacio en una enorme red de láminas, zarcillos y filamentos.
En el medio hay bolsillos de vacíos de distintas formas y tamaños. Uno realmente grande podría tener un efecto de lente distorsionado, haciendo que el CMB se vea más frío de lo que realmente es.
La razón es que cuando la luz viaja a través de un vacío, pierde energía y su frecuencia disminuye, por ser susceptible a la influencia de la gravedad, que puede afectar a los fotones a lo largo de su desplazamiento.
Dentro de un vacío la escasez de materia hace que no haya casi ninguna gravedad, pero el fotón puede recuperar esa energía. Cuando sale del vacío, se encuentra rodeado otra vez de materia y la influencia gravitacional es suficiente para tirar de él.
Para que un fotón pierda energía, es necesaria la expansión acelerada del universo. Cuando un fotón avanza dentro de un vacío, el universo sigue expandiéndose cada vez más rápido y, al abandonarlo, encuentra que –gracias a este estiramiento cósmico– toda la materia se ha esparcido.
Debido a que ahora está más difundida ampliamente, su efecto gravitacional no es tan fuerte y el fotón no puede recuperar su energía previa.
Los físicos entendieron este fenómeno en la década de los 60 del siglo pasado, pero nadie lo había observado.
Pero después del descubrimiento de la mancha fría, astrónomos como Istvan Szapudi, de la Universidad de Hawaii, comenzaron a buscar pruebas de ese comportamiento llamado Efecto Sachs-Wolfe Integrado (ISW). En 2008 Szapudi la encontró.
El increíble supervacío
Szapudi no pudo identificar los vacíos individuales que dejaban huella sobre el CMB, pero él y su equipo buscaron un efecto general ISW en un análisis estadístico de 100 vacíos y cúmulos de galaxias, cuyo peso gravitacional crea un efecto de calentamiento y deja puntos calientes en el CMB.
Y encontraron un verdadero efecto ISW, donde la temperatura del CMB cambiaba en un promedio de cerca de 10 millonésimas de un grado Kelvin o 10 microkelvin.
Comparado a la mancha fría, que es aproximadamente 70 microkelvin más frío que el promedio del CMB, el efecto es pequeño.
Sin embargo, si un vacío fuese lo suficientemente grande, podría ser concebible que creara las manchas frías. "Si esta mancha fría es la anomalía más grande en el CMB, pudiera ser una señal de un enorme vacío", dice Szapudi.
Su primer intento en conseguirlo en 2010 no arrojó resultados, pero el año pasado, con más instrumentos a su disposición, la información fue inequívoca. "Estamos absolutamente seguros de que hay un vacío", señala Szapudi. "Apostaría mi casa".
Y con sus 220 megaparsecs en radio, más que 700 millones años luz, es una de las más grandes –si no la más grande– estructura física en el universo.
Szapudi señala que un vacío tan grande es muy raro y el hecho de que sobrepone la mancha fría –en sí misma extraña– es algo que luce muy poco probable como para ser una simple coincidencia.
Lo más posible, propone Szapudi, es que el vacío sea el causante de la mancha fría.
Otros no están tan seguros. Para astrónomos como Patricio Vielva, de la Universidad de Cantabria en España, quien encabezó el descubrimiento de la mancha fría en 2004, la rareza del vacío sigue siendo una interrogante. Si son más generalizados, entonces esta alineación no sería tan extraordinaria.
Los investigadores necesitan más datos para determinar qué tan raros son estos supervacíos. "Es una de las cosas más importantes que hay que establecer", añade Vielva.
No lo suficientemente frío
Pero hay un problema más grande.
El supervacío no puede hacer que el CMB sea lo suficientemente frío. Un supervacío de este tamaño puede solo enfriar el CMB en 20 microkelvin. La mancha, sin embargo, es en promedio más fría en 70 microkelvin. En algunos sitios, la temperatura baja en 140 microkelvin.
Un motivo posible por la diferencia es que por defectos de medición el vacío es realmente más grande. Si es así, el efecto ISW sería más fuerte. Aun así, indica Vielva, la variación no sería lo suficientemente grande para explicar la mancha fría.
Y según las actuales teorías de la cosmología, el universo podría no estar en capacidad de formar un vacío que sea tan grande. "El problema es que la clase de vacío que se necesita para este efecto es inexistente", dice Vielva.
Quizás, argumenta Vielva, la mancha fría se debe a una textura cosmológica,un defecto en el universo comparable a las grietas encontradas en el hielo.
A medida que el universo se desarrolló, pasó por una fase de transición similar a lo que sucede cuando el agua se congela, pasando de estado líquido a sólido.
En el hielo aparecen defectos cuando las moléculas de agua no se alinean. En el universo, se pueden crear texturas. En 2007 Vielva ayudó a mostrar que si una textura existe, puede crear la mancha fría por medio del efecto ISW.
Sin embargo, hasta ahora nadie ha visto evidencias de esas texturas.
Carlos Frenk, astrofísico de la Universidad de Durham en el Reino Unido, tiene la corazonada de que con más datos y análisis el supervacío surgirá como la respuesta correcta.
Pero por ahora el misterio de la mancha fría continúa. "Simplemente no sabemos el final de la historia", sostiene Frenk.
