Fronteres per a conèixer l'univers nounat

2009/05/01 Urrestilla, Jon - Fisikan doktorea eta Sussexeko Unibertsitateko ikertzailea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

(Foto: NOAO)

La idea actual de l'univers és molt diferent. En els últims anys els models teòrics han donat grans avanços i hem realitzat experiments cosmològics molt precisos. Amb tot això hem aconseguit un model cosmològic estàndard. Segons el model estàndard, l'univers va néixer fa 14 mil milions d'anys (aproximadament), i tenia unes densitats i temperatures molt altes. Des de llavors, l'univers ha anat creixent i refredant-se, i a mesura que s'ha anat refredant, s'han produït transicions de fase cosmològiques des d'un univers càlid d'alta densitat, a poc a poc, fins a arribar a l'univers que observem en l'actualitat.

Intentem veure la vida de l'univers a l'inrevés, començant per l'univers actual i retrocedint en el temps fins a arribar al nou univers natal. Com més enrere es va en el temps --cada vegada més jove univers-, major és la densitat i la temperatura. Imagina't que fiquem un tros de gel en una caixa i l'escalfem: primer el gel es fondrà i després es convertirà en vapor; a partir d'aquí, si augmentem la temperatura, passarà alguna cosa més al vapor? La nostra experiència culinària diària ens diu que l'aigua es converteix en vapor a 100 °C i que tal vegada a 200 o 300 graus no passi neda... Però a 1.000 graus o a 1.000.000 de graus?

En estudiar l'univers ens sorgeix una situació similar. La informació obtinguda en les temperatures que podem obtenir en els nostres laboratoris ens ajuda a predir com era l'univers quan era més jove. Però per a temperatures molt altes (un univers molt jove) no disposem de coneixements experimentals.

Existeix el costum de classificar la història de l'univers en tres èpoques: l'univers actual, l'univers jove i l'univers nounat. L'univers actual coincideix amb la imatge que tots tenim al cap: està majoritàriament buit i ocasionalment hi ha estrelles, quasares, galàxies i grups de galàxies. Podem observar aquest univers directament, analitzant la llum emesa per estrelles, galàxies, etc.

L'univers jove (aproximadament 100 milions d'anys) és més difícil d'imaginar. Aquest univers no té estrelles, ni galàxies, ni objectes d'aquest tipus; els electrons, els protons i els neutrons s'han format per primera vegada. Però malgrat ser més difícil d'imaginar, la física que necessitem per a explicar tots aquests processos és en gran manera coneguda. Segons l'analogia utilitzada anteriorment, la temperatura de l'univers jove és la mateixa que podem aconseguir en els nostres laboratoris.

És més, en l'univers jove es van succeir dos fets molt importants i avui podem mesurar les conseqüències directes de l'ocorregut llavors. D'una banda, quan l'univers tenia 3 minuts es va produir la nucleosínesis, és a dir, per primera vegada es van formar nuclis atòmics. Les prediccions que fa la teoria actual de la nucleosintesis coincideixen amb les mesures. D'altra banda, quan l'univers tenia 300.000 anys, també es va produir la recombinació, és a dir, la captura dels electrons alliberats pels nuclis atòmics i la formació dels àtoms. La fotografia d'aquella època la podem obtenir directament mesurant la radiació microones de fons (CMB, Cosmic Microwave Background, en anglès). Per tant, l'ocorregut en l'univers jove està bastant controlat.

Dir què va passar en l'univers nounat és molt més difícil. En aquella època (aproximadament quan l'univers era entre 10 i 36 segons), les temperatures i densitats eren molt altes. Per sota d'aquest punt, la física d'escales molt grans i molt petites comença a parlar-se entre si o, amb altres paraules, per a explicar aquesta època és necessari combinar la relativitat general d'Einstein (grans escales) amb la física quàntica (escales molt petites). I encara no sabem com formular la relativitat general quàntica. Tenim models teòrics entre mans, i algunes de les característiques bàsiques són conegudes, però en la majoria dels casos només són sospites amb bon fons.

Clar, des del punt de vista, podríem dir que és una mentida que comprenem l'època en la qual l'univers era entre 10 i 36 segons, perquè, entenem l'univers actual? Segons el model cosmològic estàndard, els components de l'univers són: 4% matèria normal (àtoms, llum, electrons...), 22% matèria fosca i 74% energia fosca. L'única cosa que coneixem bé és la matèria normal. No sabem molt bé què és la matèria fosca, però és bastant clar que no és matèria "normal", no és alguna cosa que puguem mesurar en els nostres laboratoris. I l'energia fosca és encara més misteriosa.

No obstant això, el nostre coneixement de l'evolució de l'univers és molt profund i a través de diferents experiments podem explicar el que ocorre a diferents escales i situacions. Meravellós. I el futur sembla més interessant. Així que estigueu atents!

Jon Urrestilla. Doctor en Física i investigador de la Universitat de Sussex.