¿Tienen otros universos del multiverso valores de energía oscura más optimizados para formar estrellas y vida?(Crédito de la imagen: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
En algún lugar del multiverso podría haber universos más predispuestos a formar estrellas, y posiblemente vida, que nuestro propio universo, y un nuevo estudio ha demostrado que todo es gracias al más improbable de los sospechosos: la energía oscura.
Un equipo de científicos ha explorado cómo la fuerza de la energía oscura afecta directamente a la facilidad con la que se forman las estrellas, y resulta que la fuerza de la energía oscura en nuestro universo no conduce a las fábricas de estrellas más eficientes. De hecho, los investigadores afirman que si se selecciona un observador al azar de cualquier lugar del multiverso, lo más probable es que proceda de un universo en el que la fuerza de la energía oscura sea mucho mayor que en el nuestro.
«¡Me sorprendió bastante!». dijo a universeexpedition.com Daniele Sorini, de la Universidad de Durham, que dirigió el estudio.
La energía oscura es la misteriosa fuerza que acelera la expansión del cosmos. El modelo más popular de energía oscura sugiere que se trata de la constante cosmológica, que describe la energía intrínseca del espacio vacío que impulsa la aceleración del universo en expansión. Decimos que es «constante» porque pensamos que la fuerza de la energía oscura ha permanecido invariable a lo largo de la historia.
Supongamos, sin embargo, que la energía oscura tuviera una fuerza diferente, haciendo que la expansión del universo se acelerara más o menos. Sorini, junto con John Peacock, de la Universidad de Edimburgo, y Lucas Lombriser, de la Universidad de Ginebra, han modelizado cómo afectaría a la formación estelar un cambio de este tipo en la energía oscura y, dado que las estrellas son esenciales para la vida, cómo afectaría a la habitabilidad del universo.
¡Hacia el multiverso!
La tripulación se volvió hacia el multiverso.
El concepto de multiverso supone que nuestro universo existe como parte de un conjunto de universos quizás infinitos, cada uno con sus propias características distintivas, incluyendo posiblemente diferentes fuerzas para la energía oscura.
Para que haya vida en un universo, al menos tal y como la conocemos, es necesario que las estrellas proporcionen calor y energía a los planetas en órbita. Sorini, Peacock y Lombriser descubrieron en sus cálculos que los universos más eficientes en la formación de estrellas tienen una fuerza de energía oscura -denominada densidad de energía oscura, o cuánta energía contiene cada trocito de espacio- que es una décima parte del valor de la energía oscura en nuestro universo.
Esto significa que en esos universos más eficientes, la expansión del espacio sigue acelerándose, pero sólo una décima parte. Por tanto, toda la materia de esos universos estaría mucho más junta que en el nuestro.
Un universo así, afirma el equipo, convertiría el 27% de su gas en estrellas a lo largo de la historia cósmica. En cambio, se espera que nuestro universo convierta alrededor del 23% de su gas en estrellas.
Pero hay un giro en la historia: Supongamos que seleccionamos un observador al azar de cualquier parte del multiverso. Un observador (o al menos la vida tal y como la conocemos) sólo puede existir en un universo que forme estrellas. Si le pides a ese observador aleatorio que describa la fuerza de la energía oscura en su rincón del multiverso, lo más probable es que viva en un universo en el que la energía oscura sea más fuerte que en el nuestro.
Espera, ¿qué?
Esto parece una contradicción. Si los universos con energía oscura débil son los más hábiles en la formación de estrellas -recordemos que los universos más eficientes tendrían una décima parte de la fuerza de la energía oscura que el nuestro-, ¿cómo podemos esperar encontrar la mayoría de los observadores en universos con energía oscura más fuerte?
Todo se reduce a la estadística, pero Sorini tiene una analogía para ayudar.
Supongamos que tenemos muchas cajas, marcadas del 1 al 100, y que colocamos canicas en ellas.
Imagina que pones el mayor número de canicas, digamos 100, en la caja número 2. En las otras cajas hay menos canicas, quizá 10 por pieza. Menos canicas, tal vez 10 por pieza, van a las otras cajas. En la analogía de Sorini, la caja 2 con más canicas corresponde al pico de eficiencia de la formación estelar con una densidad de energía oscura una décima parte de la de nuestro universo. Nuestro universo correspondería entonces a la caja 4 o 5, por ejemplo, que contiene menos canicas.
Sin embargo, aunque todas las cajas numeradas del 3 al 100 contengan individualmente menos canicas que la caja 2, si las sumamos todas, hay más canicas en las cajas del 3 al 100 juntas que en la caja 2 sola. Por lo tanto, si eligiéramos una canica al azar, lo más probable es que procediera de una caja numerada con un número superior al 2.
«Ocurre algo parecido con el multiverso», afirma Sorini. En otras palabras, los universos más eficientes en la formación de estrellas tienen un valor bajo para la energía oscura, pero hay muchos más universos con valores mucho mayores que, aunque no son tan eficientes, siguen produciendo estrellas y dan lugar a un universo habitable».
En teoría, la energía oscura también puede llegar a ser tan fuerte que no permita la formación de estrellas o que destruya el universo poco después de que se formen algunas. En la analogía de Sorini, estos universos podrían representarse por las cajas 101 y superiores, cada una de las cuales no contendría ninguna canica.
Menor eficiencia, mayor calidad
Las galaxias se forman en el interior de halos masivos de este gas estelar, y el tamaño de estos halos viene determinado por la interacción entre la física de la formación estelar y el crecimiento de estructuras a gran escala en el universo. Las estructuras a gran escala crecen más rápidamente cuando la energía oscura es más débil, y más lentamente cuando la energía oscura es más fuerte. Esto se debe a que es más fácil para la energía oscura fuerte separar todo más rápidamente.
Sin embargo, «el resultado interesante es que cuando se tienen valores más altos de energía oscura, los halos individuales pueden albergar galaxias que son más eficientes en la formación de estrellas», dijo Sorini.
La razón es que, a medida que aumenta la energía oscura, el radio de un halo determinado se hace más pequeño y compacto, ya que su radio es proporcional tanto a la masa del halo como a la constante de Hubble, que describe cuantitativamente la velocidad de expansión del universo. Como los halos son más compactos, la densidad del gas que forma estrellas en su interior es mayor, y cuanto más denso es el gas, más rápido se enfría, de modo que el halo favorece una mayor formación estelar que requiere temperaturas frías (inferiores a diez grados por encima del cero absoluto) para permitir el colapso gravitatorio del gas en estrellas. Sin embargo, como la energía oscura actúa en contra de la formación de estructuras a gran escala, en un universo así se forman menos galaxias y, por tanto, hay menos estrellas.
Las estrellas enriquecen la química del universo cuando expiran, liberando en su interior los elementos pesados formados por las reacciones de fusión nuclear. La bioquímica de la vida en la Tierra se basa en cinco elementos -hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno y fósforo- que constituyen los ladrillos químicos que forman los nucleótidos que se ensamblan en el ADN. A excepción del hidrógeno, que se produjo en el Big Bang, todos estos elementos son producidos por las estrellas. Estos y otros elementos más pesados son también los materiales utilizados para construir planetas, que necesitan orbitar las estrellas para recibir la luz y el calor necesarios para la vida tal y como la conocemos. Cuantas más estrellas se formen, más elementos de este tipo habrá y más planetas que puedan albergar vida.
¿Contra el principio antrópico?
La fuerza de la energía oscura en nuestro universo ha sido motivo de consternación para los científicos desde que se descubrió esta misteriosa fuerza aceleradora en 1998. La mayoría de las teorías predicen que la constante cosmológica en nuestro universo debería tener un valor grande, pero en realidad la fuerza de la energía oscura que observamos en nuestro universo es 10^120 veces menor de lo predicho. Es una gran diferencia: ¿están realmente tan equivocadas nuestras mejores teorías?
Debemos sentirnos afortunados de que la energía oscura sea tan débil en nuestro universo. Si fuera tan fuerte como nuestras teorías dicen que debería ser, habría conducido a un universo desbocado que potencialmente habría desgarrado el tejido del espacio-tiempo en un «Big Rip» hace mucho tiempo, y la vida no podría existir. Estaríamos en la caja 101.
Pero la energía oscura no es el único parámetro del universo que parece propicio para albergar vida. La velocidad de la luz, la carga de un electrón, la masa de un protón, la fuerza de la gravedad y la fuerza fuerte, entre otros, todos parecen finamente equilibrados. Si sus valores fueran ligeramente diferentes, el universo cambiaría y sería más inhóspito, con estrellas y vida incapaces de formarse y desarrollarse. Además, no sabemos por qué tienen los valores que medimos. Lo que sí sabemos es que si no los tuvieran, no estaríamos aquí para medirlos.
Esta paradoja se denomina principio antrópico, que describe un efecto de selección en el que medimos que estos valores están tan afinados para la vida porque no podríamos existir en un universo en el que no estuvieran afinados: son una necesidad para nuestra existencia.
Una solución propuesta es que nuestro universo no es más que un universo en un multiverso, que consiste en un conjunto posiblemente infinito de universos paralelos que tienen constantes fundamentales con valores diferentes. Estaríamos abocados a vivir en uno de esos universos que favorece la vida y no en otro que no la favorece.
Se había supuesto que la intensidad de la energía oscura era otro de los parámetros del principio antrópico que se ajustaban con precisión, especialmente con esa desconcertante enorme discrepancia entre la teoría y la observación. Pero los hallazgos de Sorini, Peacock y Lombriser no parecen ajustarse del todo al razonamiento antrópico, ya que han demostrado que otros universos podrían tener potencias de energía oscura aún más favorables.
«Creo que el mensaje clave para llevar a casa es tener cuidado cuando se aplica el razonamiento antrópico, porque la cuestión es en realidad más sutil de lo que podría parecer en la superficie», dijo Sorini. «Nuestros hallazgos sugieren que no se debe utilizar este argumento como una tarjeta de salida de la cárcel sin un razonamiento más cuidadoso sobre los supuestos que van detrás de él».
Sin embargo, sus conclusiones presentan algunas salvedades. Por un lado, suponen que la energía oscura es la constante cosmológica y no un campo escalar que puede cambiar de intensidad con el tiempo. También suponen un determinado modelo astrofísico de formación estelar; un modelo distinto podría dar resultados diferentes. O tal vez, si el multiverso es real, ciertos valores de energía oscura podrían, por alguna razón, ser más frecuentes que otros, lo que significa que tendríamos que considerar un multiverso más complejo en el que, en la analogía de la caja de Sorini, un mayor número de cajas podría tener 100 canicas en lugar de 10 canicas.
Islas aisladas en un mar vacío.
Si bien otros universos posibles podrían ofrecer más oportunidades para la vida, es imposible decir si están más habitados que el nuestro. Al fin y al cabo, en la aparición de la vida intervienen muchos más factores que la eficacia con la que un universo forma estrellas. Supongamos, sin embargo, que uno de estos universos con una fuerza de energía oscura diferente a la de nuestro universo tuviera vida: ¿qué verían sus habitantes? Dado que la energía oscura acelera la expansión del universo a lo largo del tiempo, los universos en los que la energía oscura es más débil verían sus galaxias y cúmulos de galaxias más juntos, y los universos en los que la energía oscura es más fuerte habrían experimentado una expansión mucho mayor que la nuestra, transportando galaxias mucho más alejadas unas de otras.
«Las estructuras que se forman serían islas aisladas en un mar vacío», dijo Sorini. «Podría ser que ni siquiera viéramos otras galaxias, porque todo estaría desconectado de nosotros. Tendríamos la ilusión de que nuestra galaxia es la única galaxia de todo el universo.»
Así que, aunque tengamos cierta suerte de existir en nuestro universo menos optimizado, tener un cielo lleno de galaxias parece mucho más preferible que ser una isla en un océano de nada.
La investigación se publicó el 13 de noviembre en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
