Fuente: Gerardo Blanco. Noticiasdelcosmos.com.
Los astrónomos anunciaron el 17 de marzo la detección de ondas gravitatorias primordiales que se originaron en el Big Bang. El anuncio ha sido aclamado como un hito en la ciencia, pero los conceptos incluidos son poco familiares para la mayoría.
El descubrimiento le da un espaldarazo a lo que hasta ahora era una piedra en el zapato del modelo estándar: la inflación.
Alan Guth, quien propuso la inflación cósmica en la década de 1980 (como también lo hicieron Andrei Linde, A. Albrecht y Paul Steinhardt), lo hizo porque tal proceso resolvería unos cuantos
problemas en la teoría del Big Bang: por qué el universo observable parece tan uniforme. Uno o dos períodos de inflación implicarían una expansión exponencial del espacio muy poco después del Big
Bang. (Ver La inflación es cosa 'e mandinga)
Sin embargo se trataba de una hipótesis y debía ser probada. Si realmente existió una inflación entonces podría ser detectada por dejar una huella distintiva: ese breve pero violento período
inflacionario habría generado ondas gravitatorias que comprimen el espacio en una dirección mientras lo estiran hacia el otro (el efecto onda). Estas ondas habrían dejado una huella en el Fondo
Cósmico de Radiación (CMB en inglés, FCR en español) al polarizar la radiación de una forma particular llamada Modo B. (El rulo cósmico).
El año pasado se había detectado la polarización modo-B en el FCR. La señal no se interpretó como ondas gravitatorias primordiales, sino que se atribuyó a cómo las galaxias curvan el espacio a
través del cual viaja el FCR. Se interpretó de este modo y no como ondas primordiales porque tales ondas, de existir, deben encontrarse a cierta escala angular menor a un grado. La Luna llena
tiene un tamaño aparente en el cielo de medio grado.
Eso fue lo que consiguió el equipo liderado por Jon Kovac usando BICEP2, a metros del telescopio que había detectado las ondas anteriores, en
la Antártida, el SPT.
El hallazgo tiene otras implicaciones. No sólo sostiene a la hipótesis de inflación cósmica, sino que también lo hace con la gravedad cuántica.
Los datos indican que cuando ocurrió la inflación (unos 10-37 segundos después del Big Bang) y por la temperatura en ese momento
(correspondiente a energías de 1016 gigaelectronvoltios), tres de las cuatro fuerzas fundamentales -la fuerza débil, la fuerte y la
electromagnética- serían indistinguibles una de otra en un modelo conocido como Gran teoría unificada.
Como la inflación tuvo lugar en el reino de la física cuántica, detectar estas ondas en esa época provee "la primera evidencia experimental de la gravedad cuántica", según Max Tegmark, cosmólogo
del MIT.
La importancia del anuncio
Albert Einstein predijo ondas gravitacionales hace un siglo, pero calculó que serían muy débiles, tanto que no serían detectables.
Estas ondas, si se confirma el hallazgo, serían un sostén importante de la cosmología moderna: la inflación.
Pero, ¿qué son estas ondas?
La gravedad, según Einstein, es cómo la masa deforma la forma del espacio: cerca de cualquier objeto masivo, el espacio se curva. Esta deformación se puede propagar a través del universo, como
las ondas sísmicas en la corteza terrestre. Pero a diferencia de estas, las ondas gravitatorias pueden viajar en el espacio vacío a la velocidad de la luz.
¿Pueden estas ondas ser producidas por algo distinto de la inflación?
Esta es una gran pregunta porque en el universo las relaciones casuales pueden ser multívocas.
Las ondas gravitacionales pueden ser producidas por cualquier cuerpo masivo, pero en la práctica sólo podrían detectarse aquellas producidas en eventos cataclísmicos como la colisión de agujeros
negros.
¿Este descubrimiento es una prueba directa?
En ciencia las pruebas directas son difíciles. No toda evidencia es una prueba directa. Podemos inferir la existencia de electrones y positrones en una cámara de niebla por las trazas que estas
partículas dejan e inferir su carga eléctrica.
Las ondas gravitacionales originadas durante la inflación todavía resuenan en el universo, pero son muy débiles. En cambio, estas ondas dejan una huella en las partículas elementales que
impregnaban el universo 380.000 años después del Big Bang, que podemos detectar en la Radiación de Fondo de Microondas.
¿Si este hallazgo se confirma qué otras consecuencias habría?
Hay otros modelos que no coincidirán con este hallazgo, como las teorías inflacionarias (cosmología de branas) de Steinhardt–Turok llamados modelo Cíclico y Ecpirótico (ver arXiv:astro-ph/0401579).
Muchos modelos inflacionarios quedarían descartados si se confirma este descubrimiento, tal como se ha señalado en forma pública desde el anuncio.
El FCR
En el sitio de UBA exactas, la especialista Susana Landau, licenciada en física de Exactas UBA y doctora en Astronomía de la Universidad Nacional de La Plata e investigadora del CONICET, explica
el FCR:
"Antes de formarse el hidrógeno neutro, los electrones y los fotones interactuaban mediante choques formando parte de algo que se puede pensar como un fluido. En este fluido, los electrones
proporcionaban la masa o la inercia que tiraba para el centro mientras que los fotones ejercían una presión de radiación que empujaba hacia afuera. De esta manera, la radiación electromagnética
estaba atrapada en ese fluido. A medida que se expandía el fluido del universo también se enfriaba y, entonces, cuando la energía de los electrones bajó a niveles favorables para la unión con los
protones, se formaron los átomos de hidrógeno. En ese momento, los fotones se quedan sin compañeros de juego, lo que es equivalente a decir que la radiación electromagnética ya no estaba atrapada
y que ellos podían viajar libremente por el universo. Aún ahora esos fotones viajan por el cosmos sin interactuar con nada y constituyen el FCR: un fósil cósmico que guarda muchísima información
acerca de la cantidad de materia y de energía totales, de cómo se forma el elemento más abundante –el hidrógeno neutro–, de la geometría temprana por donde ellos mismos viajaron y, lo
fundamentalmente novedoso, de la primera milésima de segundo posterior al Big Bang. Repito, no es una foto de ese instante sino un mapa de la polarización de la radiación electromagnética que nos
llega y que, a su vez, es una representación de las ondas gravitatorias primordiales."
La polarización
La especialista explica: “Distintos tipos de causas tiene la polarización de esta radiación. Lo asombroso es que la escala angular e intensidad de la polarización comunicada recientemente es
exactamente la que predicen las llamadas teorías de inflación, o sea, las de una expansión acelerada sólo en el comienzo del universo. Por esto, este descubrimiento es la primera evidencia
directa de estos modelos inflacionarios que parecían muy locos. La idea de la inflación nos permitía a los cosmólogos explicar, de una manera elegante, un montón de problemas como, entre varios
otros, la formación de galaxias y de cúmulos de galaxias, pero ahora además nos dice esa teoría que ustedes hicieron, que además toma elementos tanto de la mecánica cuántica como de la
relatividad general, está prediciendo estas ondas gravitatorias que hoy estamos viendo”, explica Landau y agrega: “Si bien ya se habían medido la temperatura del FCR y su granuralidad o
anisotropía con gran detalle, eso no era suficiente para validar la teoría de la inflación.”
Fuentes y links relacionados
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