La cosmología es la ciencia que busca saber cómo fue el origen del universo y cómo será su evolución. En la actualidad, el llamado modelo estándar representa nuestra mejor interpretación del cosmos. Este modelo necesita que el universo sufriera una gran explosión en sus orígenes para explicar el actual comportamiento. Cuando esta teoría fue presentada a la comunidad científica fue recibida con menosprecio y apodada ”Big Bang” (o el gran petardazo traduciendo del inglés). Sin embargo, toda teoría científica sobrevive mientras pueda explicar la naturaleza. En este caso particular, la composición del universo, entre otros fenómenos.
El astrónomo y divulgador científico Carl Sagan sentenciaba en la serie documental ”Cosmos”: ”El universo también está dentro de nosotros, estamos hechos de polvo de estrellas”. Ciertamente, los átomos en nuestro cuerpo han sido cocinados, muy lentamente, en el corazón de las estrellas. Este proceso se llama nucleosíntesis estelar. Para saber a qué elemento pertenece un átomo tenemos que contar el número de protones en su núcleo: Por ejemplo, cada átomo de helio tiene dos protones. En el interior de algunas estrellas se pueden llegar a cumplir las condiciones para fusionar tres núcleos de helio y formar un átomo de carbono con seis protones. Leyendo la luz de las estrellas y utilizando los modelos matemáticos de la nucleosíntesis estelar podemos explicar el origen de todos los átomos: Desde el oxígeno que respiramos hasta el hierro en nuestra sangre.
A principio de los años sesenta, sin embargo, había un conflicto entre los modelos que explicaban la formación del helio y la luz proveniente de las estrellas. La luz esta compuesta por partículas elementales llamadas fotones, las cuales son comúnmente descritas como colores. Sin embargo, es igualmente válido definir un fotón con una vibración, un sonido o una temperatura. Para estudiar el universo los astrónomos utilizamos espectros: Curvas que nos dicen cuántos fotones calientes o fríos hay. Por ejemplo, el espectro de un ser humano nos dice que la mayoría de los fotones tienen una temperatura de treinta y cuatro grados centígrados (la piel humana aísla parcialmente nuestro interior que se encuentra en condiciones normales entre treinta y seis y treinta y siete grados centígrados). Por el contrario, el espectro del sol está más abultado en la región de los seis mil grados centígrados. Sin embargo, si leemos el espectro de las estrellas, como si de código braille se tratara, encontramos agujeros en la superficie. Esto es debido a que cada átomo es sensible a una temperatura distinta la cual transforman en movimiento. Dependiendo de la profundidad de cada agujero podemos saber la fracción de átomos de un elemento. Los astrónomos estaban inicialmente sorprendidos de que la cantidad de helio, independientemente de las estrellas que estudiaran, era muy uniforme y que consistiera en más del veinticinco por ciento de la masa total. Los modelos de nucleosíntesis estelar explican cómo las estrellas forman helio fusionando átomos de hidrógeno, el elemento más sencillo cuyo núcleo sólo tiene un protón. Sin embargo, los más de trece mil millones de años del universo no son suficientes para producir la cantidad de helio medida.
La teoría de la gran explosión nos proporciona un escenario con el que evitar este conflicto: Desde la explosión inicial con infinita temperatura y presión el universo empezó a enfriarse y a expandirse. A partir de los tres minutos de vida, el universo se enfrío lo suficiente para que los núcleos de hidrógeno se fusionaran para formar helio. Sin embargo, pasados quince minutos el universo se volvió demasiado frío para formar elementos más complejos. Esta nucleosíntesis ”primordial” es compatible con la nucleosíntesis estelar y juntas pueden explicar por qué el universo es más rico en ciertos elementos que en otros.
Una técnica para saber cómo era el universo a los pocos minutos de su vida consiste en saber exactamente cuál era la proporción exacta de helio primordial. Esta metodología fue desarrollada por el astrónomo mexicano Manuel Peimbert y consiste en estudiar el gas de galaxias muy primitivas. Mientras que el espectro de una estrella es abultado y con agujeros, el del gas es plano y con bultos (tanto que bien podríamos describir como agujas). El tamaño de estas protuberancias es proporcional a la fracción de cada elemento en el gas. Haciendo una comparación entre los átomos que se pudieron crear con el universo, y aquellos que sólo pudieron venir más mediante la nucleosíntesis estelar, podemos saber con precisión la abundancia primordial de helio. Este conocimiento nos permite reflexionar sobre la cita de Carl Sagan, pues si bien parte de nosotros representa la evolución del cosmos mediante el sacrificio de las estrellas, la mayor parte ya había nacido con el universo.