El Big Bang

Cómo el universo creció desde un comienzo caliente y denso hasta formar una red de galaxias, a lo largo de 13 800 millones de años

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Paso a paso

El universo hoy

Galaxias ensartadas en una red de filamentos alrededor de vacíos: el universo 13 800 millones de años después del Big Bang. El propio espacio sigue estirándose y separa las galaxias.

La región que se ve mide unos 800 millones de años luz. Sus galaxias se agrupan en muros y filamentos alrededor de vacíos de cien millones de años luz o más, el patrón que han revelado los sondeos que cartografían millones de galaxias. La red de aquí se dibuja con un modelo sencillo en lugar de cartografiarse, así que se parece a la real sin serlo.

Las galaxias lejanas se alejan de nosotros tanto más deprisa cuanto más lejos están: unos 67 km/s más por cada 3,26 millones de años luz. No vuelan a través del espacio: es el espacio entre ellas lo que crece. Si se rebobina el reloj, todo tuvo que estar alguna vez muy apretado.

Rebobinando el reloj

Al hacer correr el tiempo hacia atrás, las galaxias se apiñan, se funden en gas uniforme y desaparecen en una luz cada vez más caliente. No hay centro: desde cualquier punto, todo se acerca del mismo modo.

El Big Bang no fue una explosión en un punto del espacio. El propio espacio era más pequeño en todas partes a la vez, y cada parte del universo actual tomó parte en él. Elija cualquier galaxia: al rebobinar, todas las demás se le acercan, igual que se acercan a la nuestra.

Todo lo que hoy podemos ver, ahora de 93 000 millones de años luz de ancho, cabía un segundo después del Big Bang en una región de unos 18 años luz. Qué ocurrió en el primer instante, o si hubo un antes, nadie lo sabe aún: nuestra física solo puede seguir el universo hasta cuando ya tenía una pequeñísima fracción de segundo.

El primer segundo

Una millonésima de segundo después, el espacio está lleno de quarks, gluones y luz a billones de grados. Hacia la cienmilésima de segundo, los quarks se agrupan en protones y neutrones.

Nada hoy es tan caliente, ni siquiera el núcleo de una estrella. Todo el universo era una sopa espesa de las partículas más pequeñas, que chocaban con demasiada frecuencia como para que nada se mantuviera unido. Al crecer el espacio se enfrió, y a unos dos billones de grados los quarks se juntaron de tres en tres: protones y neutrones.

Al principio había tantos neutrones como protones. Los neutrones pesan un poco más, así que al enfriarse se hicieron más escasos, hasta que, poco más de un segundo después, dejaron de convertirse unos en otros: un neutrón por cada seis protones. Para entonces los neutrinos ya se habían escapado; todavía llenan el espacio hoy.

Los primeros minutos

Entre unos tres y veinte minutos, protones y neutrones se fusionan en helio, hasta que una cuarta parte de toda la materia ordinaria es helio. Después el universo está demasiado frío para producir más.

Protones y neutrones se unen primero en deuterio, pero durante unos minutos la luz aún es lo bastante caliente como para romper esas parejas. Cuando se enfría por debajo de unos mil millones de grados, las parejas sobreviven y enseguida se unen en helio. Casi todos los neutrones acaban dentro de un núcleo de helio.

El resultado, unas tres cuartas partes de hidrógeno y una de helio en masa, con trazas de deuterio y litio, es lo que los astrónomos encuentran en el gas y las estrellas más antiguos. Es una de las pruebas más sólidas de que el Big Bang ocurrió, y ocurrió en los primeros veinte minutos del universo.

Una niebla brillante

Durante los siguientes 370 000 años el universo es una niebla brillante de núcleos, electrones y luz. La luz no puede avanzar mucho sin rebotar en un electrón, así que no se ve nada a través de ella.

Es como estar dentro de una estrella, pero cada vez más tenue y más fría a medida que el espacio crece. Materia y luz se empujan y se atraen, y ondas sonoras recorren la niebla. Las ondulaciones que dejan son diminutas, de una parte en 100 000; aquí se dibujan miles de veces más fuertes.

Poco a poco la niebla se enfría de cientos de millones de grados a unos pocos miles, y su brillo cambia de color como el de una estrella que se enfría: de blanco azulado a amarillo y luego a naranja. Hay unos 1600 millones de partículas de luz por cada protón o neutrón.

La niebla se disipa

A unos 3000 grados, unos 370 000 años después del Big Bang, los electrones se asientan sobre los núcleos y la niebla se vuelve transparente. La luz liberada entonces todavía nos llega de todas direcciones: el fondo cósmico de microondas.

Cuando los electrones quedan unidos en átomos de hidrógeno y helio, la luz pasa libremente entre ellos. Esa luz viaja desde entonces. Estirada por el universo en crecimiento hasta longitudes de onda mil veces mayores, hoy llega como microondas, a 2,7 grados por encima del cero absoluto.

Sus diminutas ondulaciones, manchas de un grado de ancho en el cielo, son las semillas de todas las galaxias. Los satélites las han cartografiado en detalle, de COBE a WMAP y Planck; el mapa real está entre las fotos. Su patrón nos dice la edad del universo y de qué está hecho.

La edad oscura

Mientras el espacio sigue creciendo, el resplandor se enrojece y se apaga. Tras unos pocos millones de años no queda ninguna luz visible, solo oscuridad, mientras la gravedad reúne en silencio la materia en las ondulaciones.

Durante unos pocos millones de años el cielo aún brilló con un rojo apagado, como brasas. Luego su luz pasó al infrarrojo y el universo quedó a oscuras. Aún no había estrellas, solo gas de hidrógeno y helio que se enfriaba.

En la oscuridad, la materia oscura, que ni brilla ni bloquea la luz y pesa cinco veces más que la materia ordinaria, se fue juntando donde las ondulaciones la habían dejado algo más densa, y el gas la siguió. Aquí se dibuja en azul; en realidad es invisible.

Primera luz

Entre cien y doscientos millones de años después, las primeras estrellas se encienden en los nudos más densos de la red y se reúnen las primeras galaxias. Su luz despeja poco a poco el gas que las rodea.

Las primeras estrellas eran probablemente enormes, calientes y de vida corta, hechas solo de hidrógeno y helio; aún no se ha encontrado ninguna. El telescopio espacial James Webb ha visto galaxias que ya brillaban menos de 300 millones de años después del Big Bang.

La luz ultravioleta de las galaxias jóvenes volvió a separar los átomos de hidrógeno que las rodeaban, y hacia los mil millones de años el gas entre galaxias era transparente. Sus estrellas forjaron además los primeros elementos más pesados, del carbono al hierro, de los que se hicieron después estrellas y planetas.

La red crece

A lo largo de miles de millones de años las galaxias crecen y se fusionan a lo largo de la red. El Sol se forma 9200 millones de años después del Big Bang, y desde hace seis mil millones de años el espacio crece cada vez más deprisa.

La mayoría de las estrellas nacieron cuando el universo tenía entre dos mil y seis mil millones de años; desde entonces el nacimiento de estrellas se ha reducido unas diez veces. El Sol y la Tierra se formaron de un gas ya enriquecido por generaciones de estrellas anteriores, hace unos 4600 millones de años.

En 1998 los astrónomos descubrieron que las estrellas lejanas que explotan eran más débiles de lo esperado: la expansión se está acelerando. Lo que la impulsa, llamado energía oscura, constituye hoy cerca del 68 % del universo. Qué es sigue siendo una de las grandes preguntas abiertas de la física.