Estamos en la Era Estelar del Universo ¿Qué sucedió antes y qué vendrá después?

Estamos viviendo la Era estelar del Universo, y eso hace que nos preguntemos, ¿hacia dónde vamos ahora? ¿Qué nos espera en las siguientes décadas?

A los humanos les encanta poner las cosas ordenadamente en cajas y categorías. Nos gustan estas divisiones regulares. Entonces, no es sorprendente que incluso la cronología del universo esté dividida en eras, épocas y edades, correspondientes a períodos en los que nuestro cosmos estaba haciendo cosas muy diferentes.

Sabemos dónde estamos y qué ha estado haciendo el universo durante la mayor parte de su tiempo. También tenemos una buena indicación de hacia dónde se dirige durante los próximos 80 mil millones de años. Pero vaya lo suficientemente lejos en cada dirección y encontrará grandes incertidumbres y muchas incógnitas.

Usted está aquí: la era Estelífera

Dependiendo de a qué físico le pregunte, esta podría ser la segunda era del universo, la penúltima era del universo o una de las muchas épocas que han pasado y están por llegar. No importa la definición, aquí es donde estamos: la era estelar. El tiempo de las estrellas, de las galaxias y de la vida.

Este período del universo comenzó unos 150 millones de años después del Big Bang y se espera que dure quizás hasta el punto en que el universo pueda celebrar su cumpleaños número 100 mil millones, dentro de 86 mil millones de años.

Esta época está marcada por varios eventos importantes que han dado forma al universo y continuarán haciéndolo durante mucho tiempo. El primero es la formación de la primera estrella y el ensamblaje de las primeras galaxias.

Tenemos muchas incertidumbres sobre cómo sucedió eso, pero los telescopios futuros deberían ayudarnos a comprender. Estas estrellas fueron la segunda luz del universo, después del Big Bang, y contribuyeron a la reionización del cosmos. La luz desgarró los electrones de los átomos de hidrógeno (ionizándolos) que se encuentran en las nubes en todo el universo. Esto hizo que el universo fuera transparente.

Luego, durante miles de millones de años, esas nubes colapsaron sobre sí mismas formando estrellas tras estrellas, un período llamado mediodía cósmico donde el universo estaba en su punto más activo. El universo todavía está produciendo estrellas, pero a un ritmo mucho menor y continuará haciéndolo durante muchos miles de millones de años.

El otro evento notable es que hace aproximadamente cuatro mil millones de años, la expansión del universo cambió de marcha. Comenzó a expandirse a un ritmo acelerado. La hipótesis principal es que debido a la existencia de energía oscura, una sustancia misteriosa que constituye la mayor parte del contenido energético-material del cosmos.

La Historia hasta ahora

En palabras de Julie Andrews, «Comencemos por el principio, un muy buen lugar para comenzar». Solo hay un problema. Cuando hablamos del universo, realmente no podemos. Nuestro punto de partida debe ser entre 10 y 43 segundos después del Big Bang. Esa es la época de Planck y nuestra física no funciona en absoluto. Quizás una teoría en el futuro lo explique, pero actualmente, este es nuestro punto de partida.

Otra minúscula fracción de segundo más tarde, nos encontramos en la Era de la Gran Unificación que dura hasta 10 -36 después del Big Bang. Eso es una mil millonésima de mil millonésima de mil millonésima de mil millonésima de segundo.

En este punto, el universo tiene solo dos fuerzas: la gravedad y la interacción electrofuerte que es la combinación del electromagnetismo y las dos fuerzas nucleares. La gravedad podría haberse unificado con las otras tres fuerzas, pero se separó antes que las demás. Después de esta época, la fuerza nuclear fuerte (la que mantiene unidos a los protones) también se separa, lo que lleva a la época electrodébil. Y luego expansión.

Entre 10 y 32 segundos después del Big Bang, el universo experimenta una expansión (aún por explicar o confirmada) conocida como inflación cósmica. El volumen del universo se expandió al menos 10 ⁷⁸ veces. Esta expansión haría que algo tan delgado como un cabello se volviera 10 veces más ancho que la Vía Láctea en un tiempo minúsculo.

A pesar de la increíble expansión, el universo permanece muy caliente durante un poco más de tiempo. Aproximadamente 100 mil millonésimas de segundo después del Big Bang, el universo comienza a formar las primeras partículas y comienza a exhibir el peculiar estado de la materia en plasma de quark-gluón, que laboratorios como el CERN han comenzado a investigar recientemente.

Aproximadamente un segundo después del Big Bang, tenemos la formación de partículas con las que estamos un poco más familiarizados. Primero neutrinos, luego electrones, y entre dos y 20 minutos después del Big Bang los primeros átomos. A pesar de la formación de estas partículas, la materia tardará mucho en empezar a dominar el universo. Durante miles de años, la radiación en forma de fotones reinará supremamente culminando en el Fondo de Microondas Cósmico 370.000 años después del Big Bang. Ese es el momento en que el universo se ha expandido lo suficiente como para que los fotones puedan moverse libremente sin interactuar con la materia. Hasta la formación de las estrellas, estos 150 millones de años son la Edad Oscura Cósmica.

Sin embargo, el dominio de la materia comenzó un poco antes. Desde 47.000 años después del Big Bang hasta 9.800 millones (cuando la energía oscura se hizo cargo), la materia fue el ingrediente crucial que dio forma al 6universo en su escala más grande.

¿A dónde vamos desde aquí?

Si pensaba que era difícil envolver sus cabezas en pequeños intervalos de tiempo en los que suceden tantas cosas, con suerte, disfrutará del otro lado. A partir de 100 mil millones de años en el futuro, tenemos grandes franjas de momentos en los que el universo está muriendo lentamente.

Una vez que el universo deje de producir estrellas, los objetos como las enanas blancas, las estrellas de neutrones y los agujeros negros se harán cargo: la era degenerada. Porque están hechos de materia degenerada.

El fin del cosmos en detalle es, como habrías adivinado ahora, nebuloso en el mejor de los casos. Depende del conocimiento exacto de la cosmología que todavía nos falta. Pero hay varios escenarios razonables y algunos menos pero bastante divertidos. Deberían seguir brillando hasta unos 10 40 años en el futuro.

Entonces es hora de que los agujeros negros sean el único objeto que importa. Hasta 100 años después del Big Bang, los agujeros negros se evaporarán lentamente perdiendo energía, de una forma u otra. Después de eso, oscuridad e incluso más dudas sobre el destino final del universo.

Primero, una sugerencia que se ha popularizado mucho es el Big Crunch. En algún momento, la expansión del universo se detendrá y comenzará a contraerse. Haciéndose cada vez más pequeño hasta volver a ser una singularidad. Esto podría conducir a la formación de un nuevo Big Bang. Ese escenario se conoce como el Big Bounce. Pero, lamentablemente, es poco probable que esto suceda según los datos actuales.

Otro escenario interesante es la inestabilidad al vacío. La idea es que el universo en su nivel fundamental no es estable pero que existe una versión más estable de todas las partículas y fuerzas del universo. En algún momento, por casualidad, una parte del universo alcanzará este estado y ese cambio se extenderá. Eventualmente, todas las fuerzas y partículas conocidas serán reemplazadas y todo lo que nos hace y nos mantiene unidos cambiará.

También es posible que la energía oscura esté separando el universo a un ritmo que eventualmente destruirá el tejido del espacio-tiempo. El Big Rip es solo eso. Primero se separan los cúmulos de galaxias, luego las galaxias, luego el sistema estelar, luego los átomos, hasta que el continuo desaparece por completo. Si bien este dramático final parece coincidir bien con el increíble comienzo de nuestro cosmos, actualmente no está claro si la energía oscura podría lograrlo. Algunos de los datos actuales no consideran viable este escenario en el gran esquema de las cosas.

El fin más acreditado de todo es la muerte térmica del universo. Finalmente, alrededor del año 10 ¹⁰⁰⁰, el universo se habrá expandido lo suficiente como para que no exista ninguna estructura. Un cosmos vacío, oscuro y frío.

La inestabilidad de vacío no se ve tan mal, ¿verdad?