30/Jul/08

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Un sondeo de las galaxias distantes impone límites sobre las cuerdas cósmicas

Físicos de EE.UU. y Singapur son los primeros en usar la luz de las galaxias distantes para llevar a cabo una búsqueda sistemática de cuerdas cósmicas, masivas estructuras que pueden haber sido creadas justo después del Big Bang. Aunque el equipo no ha descubierto ninguna evidencia de cuerdas cósmicas en la pequeña porción de cielo que sondearon, fueron capaces de poner un límite superior a la masa por unidad de longitud de las cuerdas. Ahora, el equipo está trabajando para mejorar sus resultados, sondeando porciones más grandes de cielo

Las cuerdas cósmicas son estructuras sumamente largas y densas que muchos físicos creen fueron creadas unos 10-35 s después del Big Bang. En ese momento, el universo se enfrió lo suficiente para que la súper fuerza eléctrica se empezara a separar en las fuerzas eléctricas fuertes y débiles. Este proceso de "separación simétrica" marcó una transición de fase en el estado del universo, algo semejante al agua líquida que se congela.

Galaxias pares a lo largo de una cuerda cósmica simulada.
El efecto de cuerdas cósmicas simuladas sobre la luz de galaxias
distantes. Las cuerdas son las líneas rectas, que hacen aparecer
a las galaxias (círculos) como pares

Así como los defectos cristalinos ocurren cuando el agua se congela, algunos cosmólogos creen que los defectos en la trama del universo en la forma de cuerdas cósmicas aparecieron durante esta transición de fase. Estos objetos sumamente masivos en 1D podrían durar hasta hoy, y estudiarlos puede proveer importante información sobre el universo temprano y cómo evolucionaron las estrellas y las galaxias a partir de la bola de fuego primigenia.

Falta de evidencias

El único problema es que nadie ha logrado encontrar ninguna evidencia convincente de la existencia de las cuerdas cósmicas. Lo mejor que los investigadores han hecho hasta ahora es poner un límite superior a la densidad de las cuerdas cósmicas. Hasta ahora, esto ha sido hecho buscando sus efectos sobre el fondo cósmico de microondas (CMB); buscando ondas gravitatorias que se crean cuando una cuerda cósmica se agita como un látigo; y buscando evidencias de lentes gravitatorias, donde la luz de una galaxia distante es curvada por el poderoso campo gravitacional de una cuerda cósmica, haciendo que una única galaxia aparezca como un par de galaxias a un observador en la Tierra.

Ahora, sin embargo, un equipo de investigadores de EE.UU. y Singapur ha llevado a cabo el primer sondeo sistemático de una sección de cielo, buscando evidencias de lentes gravitacionales producidas por cuerdas cósmicas. El equipo usó un sondeo de aproximadamente 300 arco-minutos cuadrados de cielo -aproximadamente una millonésima del universo- obtenido por el telescopio espacial Hubble.

El sondeo contiene unas 78.000 galaxias, y el equipo usó un algoritmo de computadora para separar todas estas imágenes para buscar pares de galaxias cercanas que en realidad pueden ser una única galaxia vista a través de la lente gravitacional de una cuerda cósmica. Jodi Christiansen y sus colegas en la California Polytechnic State University, la University of California, Berkeley y la National University of Singapore empezaron por catalogar la posición, la forma y el brillo de todas las 78.000 galaxias individuales, por encima de cierto umbral de luminosidad. El equipo entonces buscó en el catálogo los "pares" de galaxias, de tamaño y brillantez similares, separadas por menos de 15 arco-segundos, y encontraron unos 6.600 pares que satisfacían estos criterios.

Nivel de fondo

Las simulaciones de computadora de cómo una cuerda cósmica doblaría la luz de las galaxias distantes sugieren que los pares de las galaxias que pasan por la lente deberían estar separadas por 6 arc-segundos o menos. Por consiguiente, Christiansen y sus colegas supusieron que los pares separados por 7-15 arco-minutos daban una medida del nivel de fondo de pares que aparecieron por casualidad, más que una consecuencia inducida por una lente gravitacional de una cuerda cósmica.

Mientras el análisis no pudo encontrar un importante exceso de pares que pudieran ser atribuidos a la presencia de cuerdas cósmicas, el equipo pudo poner un límite superior a la masa de las cuerdas cósmicas: deben ser menos del 2% de la masa total del universo. En términos de masa por unidad de longitud para una cuerda cósmica individual, el límite superior es aproximadamente 10-7 unidades adimensionales.

Es mejor que un límite (unas 10-6) impuesto por una reciente búsqueda de George Smoot, miembro del equipo y ganador del Premio Nobel, que buscó fluctuaciones de temperatura en el CMB que pudieran ser causadas por las cuerdas cósmicas. Sin embargo, no es tan preciso como los límites derivados de un análisis del espectro de potencia del CMB y la búsqueda de ondas gravitacionales producidas por las cuerdas cósmicas (unas 10-8). Sin embargo, Christiansen señala que las búsquedas por espectro de potencia y onda gravitacional son dependientes de algunas suposiciones con respecto a cómo se mueven las cadenas cósmicas por el universo, que las hace potencialmente más difíciles de interpretar que los resultados de las lentes gravitacionales.

Una desventaja con el actual sondeo es que apenas cubre una porción muy pequeña del universo. Christiansen dice que el equipo ahora está trabajando para mejorar la precisión de la técnica usando un sondeo más reciente del cielo llamado COSMOS, que mira una porción mucho más grande de cielo, de dos grados cuadrados.

Fuente: Physics World. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard