¿Cómo podrían ser las estrellas en otros universos? En los reinos donde la fuerza detrás de la desintegración radiactiva es más fuerte o más débil que en nuestro cosmos, los científicos ahora encuentran que tales sistemas estelares a menudo pueden ser lugares habitables para la vida tal como la conocemos.
Las leyes de la física en nuestro universo incluyen una serie de constantes fundamentales, como la velocidad de la luz. Sin embargo, muchos modelos científicos permiten la existencia de un vasto conjunto de universos llamado multiverso, que puede incluir lugares donde las leyes de la física difieren.
Muchos investigadores han sugerido anteriormente que variaciones suficientemente grandes en las leyes de la física darían lugar a universos sin vida, de modo que solo se permitirían pequeñas diferencias en las constantes fundamentales. Para examinar más a fondo esta idea, los astrofísicos examinaron universos en los que las fuerzas nucleares podrían diferir y especular sobre la potencial habitabilidad de estos lugares alternativos.
«No sabemos si existen otros universos, y si lo hacen, es casi seguro que no podamos observarlos», dijo el autor principal del estudio, Alex Howe, astrofísico teórico de la Universidad de Michigan en Ann Arbor. Aún así, «al hacer este experimento mental, estamos ayudando a responder una pregunta fundamental: ¿nuestro universo tenía que ser como es, o por qué tenía que serlo? Al hacerlo, aprendemos más sobre nuestro propio universo», dijo Howe.
Los científicos se centraron en la interacción débil, también conocida como la fuerza débil y la fuerza nuclear débil. Esta fuerza es responsable de la desintegración radiactiva, por ejemplo, causa que los neutrones se descompongan en protones, electrones y partículas eléctricamente neutras conocidas como antineutrinos electrónicos.
Una forma clave en que los científicos midieron la habitabilidad fue para estimar si los mundos en estos universos podrían albergar agua líquida en sus superficies. Existe vida prácticamente en cualquier lugar donde haya agua líquida en la Tierra, por lo que la búsqueda de vida fuera de la Tierra a menudo se centra en el agua.
Investigaciones previas encontraron que un universo donde la fuerza débil está completamente ausente aún podría ser habitable. En el nuevo estudio, los investigadores examinaron escenarios donde la fuerza débil todavía estaba presente pero más débil que en nuestro universo, así como en los casos en que era más fuerte.
En universos con una fuerza débil más fuerte, los neutrones se descompondrían más rápidamente, por lo que el universo primitivo en ese escenario estaría casi desprovisto de helio, dijeron los investigadores. Esto está bien cuando se trata de niveles de agua en el universo, porque el agua está compuesta de hidrógeno y oxígeno.
En universos con una fuerza débil más débil, los neutrones se descompondrían más lentamente, lo que llevaría a más helio. Para que el hidrógeno sobreviva sin incorporarse a núcleos atómicos más grandes, los científicos encontraron que una constante fundamental diferente tendría que ser más pequeña. En otras palabras, la relación de bariones, que incluyen protones y neutrones, a los fotones, de los que está hecha la luz, tendría que reducirse.
La fuerza débil también juega un papel en cómo las estrellas fusionan el hidrógeno en átomos de helio, lo que puede influir en cómo son las estrellas brillantes, calientes, grandes y de larga vida. Además, la fuerza débil controla la frecuencia con que los neutrinos interactúan con la materia regular, lo que a su vez tiene un efecto sobre cómo la energía se drena del interior de las estrellas.
Los universos con una fuerza débil más débil tendrían estrellas con más deuterio, que es un átomo de hidrógeno con un neutrón adicional dentro de su núcleo. Las estrellas ricas en deuterio serían más grandes, más brillantes y más rojas que las estrellas equivalentes en nuestro universo, semejantes a las estrellas rojas gigantes de nuestro cosmos.
Los universos con una fuerza débil más fuerte tendrían estrellas con más helio-3, que es un átomo de helio al que le falta un neutrón de su núcleo. Estas estrellas serían un poco más brillantes y de mayor diámetro que las estrellas equivalentes en nuestro universo y tendrían vidas modestamente más cortas, aunque tendrían temperaturas similares.
Aunque las estrellas en estos universos son algo diferentes a las nuestras, sus temperaturas superficiales, luminosidades, diámetros y vidas comparables significan que estos universos permanecerían potencialmente habitables en un amplio rango de fuerzas para la fuerza débil, según los investigadores.
«Lo más sorprendente para mí fue que en la mayoría de los universos posibles, las estrellas todavía funcionan de una forma u otra», dijo Howe. «En muchos universos posibles, las estrellas incluso tendrían ciclos de vida más complejos que los nuestros o podrían ser más favorables para la vida».
Con todo, «en mi opinión, la implicación más importante es que hay muchas maneras diferentes en que un universo podría funcionar y aún así soportar vida, no solo la física propia», dijo Howe.
La investigación futura puede examinar universos con diferentes fuerzas nucleares, la fuerza conocida más fuerte entre las partículas, que une a los protones en los núcleos atómicos, a pesar de su repulsión mutua, dijo Howe.
El estudio científico ha sido publicado en la revista Physical Review D.