La investigación de un científico uruguayo ayudaría a revelar el origen de las galaxias

El físico uruguayo Rafael Porto estudia lo que pudo haber ocurrido en la primera fracción de segundo después de que nuestro universo comenzara a existir.

Porto, egresado de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República en Uruguay y doctor en física de la Universidad Carnegie Mellon en EE.UU., es el más reciente ganador del Premio Buchalter de Cosmología, que entrega la Sociedad Astronómica de Estados Unidos. Este prestigioso premio reconoce cada año ideas o descubrimientos que tengan el potencial de generar grandes avances en la comprensión del origen, la estructura y la evolución del universo.

Trabaja como científico líder en el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY, por su nombre en alemán), uno de los aceleradores de partículas más importantes de Europa. Desde su oficina en Alemania, BBC conversó con Porto, para entender de qué se trata su descubrimiento y cómo nos ayuda a entender mejor el universo que habitamos.

En busca de la semilla

Porto ganó el Premio Buchalter de Cosmología junto a su colega Daniel Green, por el artículo “Señales de un universo cuántico”. En su investigación, Porto y Green plantean un nuevo método para averiguar si las gigantes estructuras del universo, como las galaxias, tuvieron un origen cuántico, es decir, de partículas subatómicas.

“Hoy no hay ni una teoría que nos diga de dónde salieron las galaxias”, explicó Porto. Lo que propone su investigación es una manera de encontrar la “semilla” que dio origen a esas megastructuras del cosmos.

El estudio de Porto plantea la posibilidad de que esas galaxias que hoy se pueden observar sean el resultado de la fluctuación de partículas subatómicas que surgieron en el vacío durante los primeros instantes del universo. La gran pregunta, sin embargo, es si algún día se logrará probar que esas megaestructuras macroscópicas surgieron de partículas microscópicas.

Inflación y vacío

Para comprender la propuesta de Porto debemos tener claros dos conceptos.

El primero es la inflación. Según los modelos vigentes, durante los primeros instantes después del Big Bang el universo tuvo una expansión ultrarrápida. Durante esta inflación el cosmos aumentó cientos de miles de millones su tamaño original.

Por otra parte, tenemos la mecánica cuántica, que dice que es posible que parejas de partículas pueden surgir espontáneamente en el vacío. Usualmente estas partículas son efímeras, y se aniquilan entre ellas después de una brevísima existencia. Durante la rápida inflación, sin embargo, es posible que esas partículas se hayan separado unas de otras antes de que tuvieran tiempo de aniquilarse.

Así, esas partículas sobrevivientes que comenzaron a rondar por el espacio pudieron ser las semillas que dieron origen a las galaxias. En ese caso, habrían pasado de existir en el reino cuántico a existir en el mundo clásico, que es como los científicos llaman al mundo macroscópico.

Sherlock Holmes

El origen de las galaxias a partir de un vacío cuántico, sin embargo, es solo una de las posibilidades. Pudieron crearse, por ejemplo, a partir de partículas clásicas. Así, lo que Porto hizo fue un trabajo “al estilo Sherlock Holmes”, en el que se dedicó a descartar todas las posibles explicaciones para quedarse con la que mejor le ayudara a resolver el misterio.

Su reto consistió en buscar patrones de cómo la inflación ayudó a formar las grandes estructuras, y cómo por ejemplo, cómo se creaban los cúmulos de galaxias. Su investigación se basa en que si las galaxias fueron creadas, por ejemplo, por partículas “reales” del mundo clásico, y no por partículas “virtuales” del mundo cuántico, esas huellas podrían verse en la configuración actual de las galaxias.

Si al realizar sondeos cosmológicos no encuentran esas señales o perturbaciones que pudieron crear unas partículas reales, entonces, por descarte, la explicación más razonable es que las estructuras se crearon por partículas cuánticas.

De la teoría a la práctica

Porto advirtió que su trabajo no prueba que las galaxias se hayan formado a partir de partículas cuánticas en el vacío. “Eso sería ciencia ficción”, sostuvo. Lo que su estudio propone es el método para responder esa pregunta. Permitirá saber, por ejemplo, si esas fluctuaciones eran de partículas cuánticas en el vacío o fueron de partículas clásicas. El trabajo de Porto es teórico, pero tiene una aplicación práctica.

La nueva generación de satélites para mediciones astronómicas, como el Euclides de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés), o el SPHEREx de la NASA, podrían analizar las correlaciones entre cúmulos de galaxias, en busca de señales que puedan dar muestra de patrones que descarten la posibilidad de un origen cuántico de las galaxias.

Si los astrónomos no logran observar que ciertos patrones o huellas entre las galaxias se repiten más allá de lo que permitiría el azar, entonces la estructura a gran escala del universo no podría explicarse con un origen de partículas clásicas. Como diría Sherlock Holmes: “cuando eliminaste lo imposible, lo que queda, aunque improbable, debe ser verdad”.

En este caso, eso improbable sería el origen cuántico de las estructuras del universo.

Ciencia para todos

El trabajo de Porto implica complejos cálculos de física y matemáticas, pero su interés por la ciencia va mucho más allá. “Es una forma de pensar”, comentó y agregó: “Es una forma de encarar las cosas desde lo abstracto que yo creo que está buena para todos, para cualquier área”.

“Mi mamá siempre me decía: ‘Sos un boludo pensante, porque hablás del universo y no me sirve para nada’”, recordó Porto en tono de broma.

El físico, sin embargo, está convencido de que compartir los hallazgos y los métodos de la ciencia, puede servir para inspirar y motivar a personas que incluso trabajen en otras áreas. “Me interesa el tema de la educación, me interesa que los gobiernos den dinero a la educación, que le den dinero a la ciencia, pero no solamente a pelotudos como yo”, aseguró.