El Big Bang partió el espacio-tiempo en pedazos, como un espejo roto

Cuando el Universo era extraordinariamente joven, explica el astrofísico Paul Sutter en Space.com, las cuatro fuerzas que conocemos hoy en día estaban unificadas en una única 'superfuerza'. No se sabe cómo era ni cómo funcionaba esa fuerza única, pero sí que a medida que el Universo crecía, disminuyendo su temperatura, se fue dividiendo en las cuatro fuerzas actuales. Primero fue la gravedad, después la fuerza nuclear fuerte, responsable de la cohesión de los núcleos atómicos y, por último, las fuerzas nuclear débil y electromagnética.

En cada una de esas divisiones, el Universo entero se remodeló por completo. Nuevas partículas surgieron para reemplazar a aquellas que sólo podían existir en las condiciones anteriores, mucho más extremas. Los campos cuánticos fundamentales del espacio-tiempo que dictan cómo las partículas y las fuerzas interactúan entre sí se reconfiguraron. No se sabe hasta qué punto estas transiciones de fase fueron bruscas, o suaves, pero es perfectamente posible que con cada división, el Universo se estableciera en múltiples identidades a la vez.

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Esta clase de fracturas no son tan raras como parece, escribe Sutter. De hecho, lo mismo sucede con todo tipo de transiciones de fase, como la que sufre el agua al convertirse en hielo. Diferentes parches de agua pueden formar moléculas de hielo con diferentes orientaciones. Al final, toda el agua se convertirá en hielo, pero diferentes dominios pueden tener diferentes arreglos moleculares. Donde esos dominios se encuentran con paredes o imperfecciones, aparecerán fracturas.

En la actualidad, los físicos están especialmente interesados en una transición de fase en particular: la llamada GUT, o Gran Teoría Unificada, en la que el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil se fusionan en una única fuerza. Al estar más allá del alcance de los actuales experimentos, para estudiar esta importante transición los físicos y los astrónomos no tienen más remedio que recurrir a las condiciones del Universo primitivo.

La transición de fase GUT, que ocurrió cuando el Universo tenía apenas una fracción de segundo de edad, muy bien pudo haber dejado atrás toda una serie de 'muros de dominio', una red de límites entre diferentes configuraciones de espacio-tiempo. Sin embargo, esos 'defectos' en el tejido del Universo no habrían podido durar mucho, porque aunque sólo hubieran persistido durante unos minutos, o incluso unos segundos, sus intensas energías habrían desbaratado el proceso de nucleosíntesis, que dio origen a todo el hidrógeno y helio primordiales.

Por lo tanto, este conjunto interconectado de paredes de dominio tuvo que desintegrarse en otras partículas, ya fueran partículas normales, como electrones o quarks, o más exóticas, como algún tipo de materia oscura. De cualquier forma, ese proceso de descomposición, junto con el movimiento ondulante de las propias paredes del dominio, habría liberado una auténtica 'avalancha' de ondas gravitacionales que podrían haber perdurado hasta el Universo actual.

Según el artículo, esas ondas gravitacionales serían increíblemente débiles e imposibles de detectar con las instalaciones de ondas gravitacionales existentes en tierra. Pero desde hace más de una década, varios equipos de astrónomos de todo el mundo han estado observando púlsares lejanos para mapear las ondas gravitacionales que recorren el Universo.

Los púlsares, cadáveres estelares en rápida rotación que emiten, en cada giro, una 'pulsación' de energía, son objetos increíblemente útiles para los astrónomos, ya que son capaces de mantener su ritmo de 'pulsaciones' con una precisión de menos de una millonésima de segundo. Sin embargo, si una onda gravitatoria pasa entre nosotros y un conjunto de púlsares, afectará sutilmente el período de pulsación. Mediante el estudio de un gran número de púlsares durante largos períodos de tiempo, podemos esperar encontrar señales de una especie de 'espuma de fondo' de ondas gravitacionales.

Algunos experimentos, como en NANOGrav y el europeo Pulsar Timing Array, explica Sutter, ya han encontrado indicios de una señal de esas características. La mayoría de los astrónomos creen que la señal se debe a la acción combinada de millones de agujeros negros supermasivos que chocan entre sí a lo largo de miles de millones de años. Pero el nuevo estudio presenta una imagen diferente.

Zambujal Ferreira y su equipo, en efecto, argumentan que la señal también podría explicarse por la descomposición de las paredes del dominio en el Universo primitivo. Sus modelos permiten que las paredes del dominio decaigan lo suficientemente rápido como para no violar otras observaciones, al mismo tiempo que proporcionan una señal lo suficientemente fuerte como para explicar los datos de la matriz de sincronización de púlsares.

Debido a que las señales en los datos son muy débiles y aún no se ha confirmado cuál es la fuente en particular de la que proceden, hay espacio para que encajen en la nueva propuesta. Los investigadores argumentan que las futuras mediciones de tiempo de los púlsares deberían poder distinguir su modelo de paredes de dominio en descomposición de la imagen tradicional de agujeros negros supermasivos en colisión. Además, si su modelo resulta ser preciso, las paredes del dominio deberían descomponerse en partículas normales o exóticas. De cualquier manera, eso debería ser detectable con futuras mediciones del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) mucho más sensibles.

Si después el resultado se mantiene, será una gran victoria para la física: la primera vez que descubrimos evidencia concreta de las transiciones de fase GUT y el comienzo de una nueva era en la comprensión de la física.