El telescopio Webb descubrió la existencia de galaxias completamente formadas mucho antes de lo que debería haber sido posible según la Cosmología
El año pasado, poco después de que el telescopio espacial James Webb comenzó a enviar sus impresionantes imágenes de planetas y nebulosas desde el espacio exterior, los astrónomos, si bien estaban sorprendidos, tuvieron que admitir que algo estaba mal. Ocho meses después, con base en parte de las revelaciones del telescopio, comienza a haber indicios de que quizá tengamos que replantearnos aspectos fundamentales del origen y desarrollo del universo.
El telescopio Webb, una herramienta con poderes de observación inigualables que se lanzó a fines de 2021 como un proyecto conjunto de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense, se encuentra en una emocionante misión para mirar hacia atrás en el tiempo, de hecho, a las primeras estrellas y galaxias. Pero uno de sus primeros descubrimientos importantes fue emocionante en un sentido incómodo: descubrió la existencia de galaxias completamente formadas mucho antes de lo que debería haber sido posible según el llamado modelo estándar de la Cosmología.
Según el modelo estándar, en el que se basa prácticamente toda la investigación en este campo, existe una secuencia fija y precisa de acontecimientos que ocurrieron después del Big Bang: para empezar, la fuerza de la gravedad atrajo a las regiones más densas del gas cósmico en enfriamiento, que crecieron hasta convertirse en estrellas y agujeros negros; a continuación, la fuerza de la gravedad atrajo a las estrellas hasta formar galaxias.
Sin embargo, los datos del telescopio Webb revelaron que algunas galaxias muy grandes se formaron bastante rápido, en un tiempo demasiado corto, al menos según el modelo estándar. No se trata de una discrepancia menor. El hallazgo es similar a la aparición de los padres y sus hijos en un cuento cuando los abuelos aún son niños.
Por desgracia, no se trató de un incidente aislado. Ha habido otras ocasiones recientes en las que las pruebas que sustentan la comprensión básica del universo por parte de la ciencia han resultado ser alarmantemente incoherentes.
Pensemos en la rapidez con la cual se expande el universo. Se trata de un hecho fundamental en la ciencia cosmológica —conocido como la constante de Hubble—; sin embargo, los científicos no han podido ponerse de acuerdo en una cifra. Hay dos formas principales para calcularla: una implica mediciones del universo primitivo (como las que proporciona el telescopio Webb); la otra, mediciones de estrellas cercanas en el universo moderno. A pesar de décadas de trabajo, estos dos métodos siguen arrojando respuestas diferentes.
Al principio, los científicos esperaban que esta discrepancia se resolviera en la medida en que mejoraran los datos. Pero el problema continúa aun cuando los datos se han vuelto mucho más exactos. Y ahora, los nuevos datos del telescopio Webb exacerbaron el problema. Esta tendencia sugiere un fallo en el modelo, no en los datos.
Que existan dos problemas graves con el modelo estándar de la Cosmología ya debería ser bastante preocupante. Pero el modelo ya se modificó varias veces a lo largo del último medio siglo para ajustarse mejor a los mejores datos disponibles, alteraciones que pueden ser necesarias y correctas, pero que, a la luz de los problemas a los que nos enfrentamos ahora, podrían parecer demasiado convenientes a un escéptico.
Físicos y astrónomos empiezan a tener la sensación de que algo anda muy mal. No solo es que algunos de nosotros creamos que podríamos tener que replantearnos el modelo estándar de la Cosmología; también podríamos tener que cambiar nuestra manera de pensar sobre algunas de las características más básicas de nuestro universo, una revolución conceptual que tendría implicaciones mucho más allá del mundo de la ciencia.
El modelo estándar de Cosmología, una potente mezcla de datos obtenidos con gran esfuerzo y física matemática abstracta sofisticada, se considera un triunfo del ingenio humano con justa razón. Sus orígenes se remontan al descubrimiento en la década de 1920 de Edwin Hubble de que el universo estaba en expansión, la primera evidencia que se tuvo del Big Bang. Luego, en 1964, los radioastrónomos descubrieron lo que se denominó radiación de fondo de microondas, la radiación “fósil” que nos llega desde poco después de que el universo comenzó a expandirse. Ese hallazgo nos permitió saber que el universo primitivo era una sopa caliente y densa de partículas subatómicas que, desde entonces, no ha dejado de enfriarse y volverse menos densa.
En los últimos 60 años, la Cosmología se ha vuelto cada vez más precisa en su capacidad para explicar los mejores datos disponibles sobre el universo. Sin embargo, para alcanzar tal grado de precisión, los astrofísicos han tenido que postular la existencia de componentes del universo de los que no tenemos pruebas directas. El modelo estándar actual sostiene que la materia “normal” —de la que están hechas las personas, los planetas y todo lo demás que podemos ver— constituye solo alrededor del 4 por ciento del universo. El resto son cosas invisibles llamadas materia oscura y energía oscura (aproximadamente el 27 y el 68 por ciento, respectivamente).
La inflación cósmica es un ejemplo de otro ajuste extraño realizado al modelo estándar. Según esta teoría, ideada en 1981 para resolver las paradojas derivadas de una versión anterior del Big Bang, el universo primitivo se expandió exponencialmente rápido durante una fracción de segundo tras el Big Bang. La inflación cósmica resuelve ciertos problemas, pero crea otros. En particular, según la mayoría de las versiones de la teoría, en lugar de existir un universo, el nuestro es solo un universo en un multiverso, un número infinito de universos, los otros de los cuales pueden ser para siempre inobservables para nosotros no solo en la práctica sino también en principio.
No hay nada intrínsecamente sospechoso en estas características del modelo estándar. A menudo, los científicos descubren buenas evidencias indirectas de cosas que no podemos ver, como las singularidades hiperdensas al interior de un agujero negro. Pero a raíz de los datos desconcertantes del telescopio Webb sobre la formación de galaxias y el empeoramiento del problema con la constante de Hubble, no se puede culpar a nadie por empezar a preguntarse si el modelo está desajustado.
En este punto, a menudo se recurre a una narrativa familiar sobre cómo funciona la ciencia para calmar las ansiedades. Dice así: los investigadores creen tener una teoría acertada, pero nuevos datos demuestran que es errónea. Con determinación, los científicos se arremangan, vuelven a sus pizarras y aportan nuevas ideas que les permiten mejorar su teoría al adaptarla mejor a las pruebas.
Es una historia de humildad y triunfo y a los científicos nos encanta contarla. Además, puede que sea lo que ocurra también en este caso. Tal vez la solución a los problemas que el telescopio Webb nos obliga a afrontar solo requiere que los cosmólogos inventen algo nuevo “oscuro” que permita que nuestra imagen del universo siga coincidiendo con los mejores datos cosmológicos.
Sin embargo, existe otra posibilidad. Puede que estemos en un punto en el que necesitemos una desviación radical del modelo estándar, que incluso nos obligue a cambiar nuestra manera de pensar sobre los componentes elementales del universo y quizá incluso sobre la naturaleza del espacio y el tiempo.
La Cosmología no es como otras ciencias. No es como estudiar ratones en un laberinto u observar cómo hierven sustancias químicas en un vaso de precipitados en un laboratorio. El universo es todo lo que hay; solo hay uno y no podemos mirarlo desde fuera. No se puede poner en una caja sobre una mesa ni hacer experimentos controlados con él. Al abarcarlo todo, la Cosmología obliga a los científicos a abordar cuestiones sobre el propio entorno en el que opera la ciencia: la naturaleza del tiempo, la naturaleza del espacio, la naturaleza de la regularidad que parece una ley, el papel de los observadores que realizan las observaciones.
Estas cuestiones tan particulares no aparecen en la mayoría de las ciencias “habituales” (aunque uno se encuentra con cuestiones igual de sombrías en la ciencia de la conciencia y en la física cuántica). Al trabajar tan cerca de la frontera entre la ciencia y la filosofía, los cosmólogos se ven continuamente acosados por los fantasmas de supuestos básicos que se esconden sin ser vistos en las herramientas que utilizamos, como el supuesto de que las leyes científicas no cambian con el tiempo.
Pero ese es justamente el tipo de supuesto que quizá tengamos que empezar a cuestionar para averiguar qué falla en el modelo estándar. Una posibilidad, planteada por el físico Lee Smolin y el filósofo Roberto Mangabeira Unger, es que las leyes de la física pueden evolucionar y cambiar con el tiempo. Las distintas leyes podrían incluso competir por su eficacia. Una posibilidad aún más radical, analizada por el físico John Wheeler, es que cada acto de observación influye en la historia futura e incluso pasada del universo (Wheeler, quien trabajaba para comprender las paradojas de la mecánica cuántica, concibió un “universo participativo” en el que cada acto de observación era, en cierto sentido, un nuevo acto de creación).
Para empezar, todavía no sabemos cómo estas reconsideraciones revolucionarias de nuestra ciencia podrían ayudarnos a comprender mejor los datos cosmológicos que nos desconciertan (parte de la dificultad radica en que los propios datos están moldeados por los supuestos teóricos de quienes los recogen). Sería necesariamente un acto de fe dar un paso atrás y replantearse aspectos tan fundamentales de nuestra ciencia.
Sin embargo, una revolución puede acabar siendo el mejor camino hacia el progreso. Así ocurrió en el pasado con avances científicos como el heliocentrismo de Copérnico, la teoría de la evolución de Darwin y la relatividad de Einstein. Estas tres teorías también acabaron teniendo una enorme influencia cultural: amenazaron nuestro sentido de nuestro lugar especial en el cosmos, desafiaron nuestra intuición de que éramos en esencia diferentes de otros animales y trastocaron nuestra fe en las ideas de sentido común sobre el flujo del tiempo. Cualquier revolución científica del tipo que estamos imaginando podría tener repercusiones comparables en nuestra comprensión de nosotros mismos.
El filósofo Robert Crease escribió que la filosofía es lo que se necesita cuando hacer más ciencia puede que no responda una interrogante científica. Todavía no está claro si eso es lo que se necesita para superar la crisis de la Cosmología. Pero si no basta con más retoques y ajustes, puede que necesitemos no solo una nueva historia del universo, sino también una nueva manera de contar historias sobre él.
Este artículo apareció originalmente en The New York Times.
* Adam Frank es profesor de Astrofísica en la Universidad de Rochester y autor del libro próximo a salir a la venta “The Little Book of Aliens”. Marcelo Gleiser es profesor de Física y Astronomía en el Dartmouth College y autor de “The Dawn of a Mindful Universe: A Manifesto for Humanity’s Future”.
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