Éranse una vez los primeros átomos: Nucleosíntesis Primordial

Si bien los átomos no son los ladrillos básicos de la materia como se pensó originalmente, sino que hay toda una fauna de partículas subatómicas aun más elementales, la educación formal nos enseña que todo aquello que es material está formado por una combinación de estos. Pero... ¿de donde surgieron los átomos?, esta es una pregunta que en lo personal he tenido la inquietud de responderme y de aquí el génesis del actual artículo. Los elementos químicos que forman nuestro Universo surgieron en dos etapas o procesos diferentes: los elementos livianos en la Nucleosíntesis Primordial y los elementos más pesados de la Nuclesíntesis Estelar. Cómo el título del artículo nos adelanta, en el presente nos abocaremos a tratar de comprender el primero de ambos.

La etapa denominada Nucleosíntesis Primordial, o Nucleosíntesis del Big Bang, afectó al Universo en su totalidad en un proceso que duró, de principio a fin, aproximadamente unos 3 minutos 46 segundos; luego de este tiempo debido a la expansión del mismo, la temperatura y densidad del Universo estuvieron por debajo del umbral necesario para la fusión nuclear. La brevedad de este período es la responsable de que tan solo se formaran núcleos atómicos livianos, no permitiendo la de elementos más pesados que el Berilio.

Para entender como es posible que los científicos hayan logrado describirlo con bastante exactitud, comenzaremos explicando que los cálculos de la Nucleosíntesis Primordial dependen principalmente de un único parámetro: la proporción entre el número de nucleones (protones y neutrones) y fotones que existían en el Universo al iniciarse la misma. Actualmente, esta proporción se calcula que fue de 1 nucleón por cada 1.000.000.000 (mil millones) de fotones. Si esta estimación fuera ligeramente inferior a la real, entonces el proceso hubiera comenzado apenas antes y la cantidad de Helio 4 que existe en el Universo debería ser algo más alta que la estimada, pero no más de 1%. Como vemos, aunque la proporción de fotones por nucleón es importante para determinar las abundancias elementales, la incertidumbre que hay al respecto en los valores precisos iniciales producen diferencias minúsculas en el resultado final, haciendo de todas formas válido el proceso.

El Modelo Estándar Cosmológico

Abriremos este artículo, cuyo propósito no es otro que servir de introducción al Modelo Cosmológico de referencia, actualmente aceptado en líneas generales por la comunidad científica, con la pregunta ¿qué es la Cosmología Física?. Según la Wikipedia “La Cosmología Física, es la rama de la astrofísica, que estudia la estructura a gran escala y la dinámica del Universo. En particular, trata de responder las preguntas acerca del origen, la evolución y el destino del Universo”. Véase que hemos dicho Cosmología “Física”, y no simplemente Cosmología, dado que estamos interesados en dilucidar este concepto desde la visión de la Física, separándolo de las concepciones conocidas como Cosmología Religiosa y Cosmología Filosófica.

Historia de la Cosmología Física

En este apartado, veremos fugazmente (aunque después de leerlo, no todos estarán de acuerdo conmigo en lo de “fugazmente”) como se forjó esta rama de la astrofísica, repasando sus principales actores e hitos que llevaron al actual Modelo Cosmológico.

Cabe aclarar que si no se está interesado en el desarrollo histórico del mismo, bien puede saltearse todo este capítulo e ir directamente al titulado “El Modelo Lambda-CDM”. También es importante que se entienda que el objeto de la presente sección es histórica, por lo que muchos términos técnicos introducidos, no serán explicados para no extenderse en demasía, y serán retomados con mayor detalle de ser necesario cuando se expongan las bases del Modelo Cosmológico Estándar.

Dividiremos la misma en dos apartados: las concepciones cosmológicas anteriores al 1900 y las posteriores, que es donde realmente nace la Cosmología Física tal como la conocemos actualmente.