Una "abolladura" que se ve en el mapa del cosmos ofrece nuevas pistas sobre sus orígenes - principal


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Si nuestro universo se estrelló contra uno vecino durante la etapa de crecimiento, en el primer segundo, la colisión habría dejado una marca

Y Matthew Kleban cree verlo en la instantánea más detallada que hemos tenido hasta ahora de los albores del universo. La imagen de satélite, publicada por los astrónomos en marzo, confirmó lo que sugiere una imagen anterior: la mitad del joven cosmos era un poco más grueso que el otro.

Con pocas pistas sobre lo que sucedió en los primeros momentos del universo, Kleban se encuentra entre docenas de cosmólogos teóricos que tratan de reconstruir una historia de origen cósmico de la granulada sombra de esta nueva pista.

“Al golpearse entre sí, hay una especie de una onda de choque que se propaga en nuestro universo”, dice Kleban, profesor asociado de física en la Universidad de Nueva York. En esta onda de choque —si eso es lo que muestra la imagen— obtendríamos pruebas que respalden la hipótesis del multiverso, una idea conocida, pero no probada de que el nuestro es uno de los infinitos universos que burbujeaban hacia la existencia dentro de un vacío más grande.


Una característica sin explicación aparece en la imagen de satélite Planck de los inicios del universo: En las escalas más grandes, las fluctuaciones de temperatura son más extremas a la derecha de la línea gris en el medio del cielo que a la izquierda. (Imagen: ESA y la Colaboración Planck)

La mayoría de los cosmólogos se apresuran a admitir que podría estar siguiendo una pista falsa.

“Este es un juego de alto riesgo”, dijo Marc Kamionkowski , profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins, quien ha propuesto varios nuevos modelos de Big Bang para explicar la asimetría entre las dos mitades del cosmos. “Nos gusta mucho aprender más acerca de donde viene nuestro universo, pero la naturaleza no nos ha dejado demasiadas pistas.”

La asimetría “podría ser una casualidad estadística”, dijo Kamionkowski, o “realmente podría ser la punta del iceberg.”

El tiempo, y pruebas más inteligentes, lo dirán.

La asimetría de nuestro universo aparece en el fondo de microondas cósmico; el resplandor estático que podemos ver desde el momento en el universo se hizo transparente, 380.000 años después del Big Bang. La niebla de partículas cargadas que había envuelto el cosmos hasta ese momento se enfrió lo suficiente para congelarse en átomos neutros, liberando a la luz para viajar sin obstáculos por el espacio por primera vez. En los últimos tres años, el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea capturó una imagen de 50 megapíxeles de la luz que proviene de todas las direcciones, con cada fotón teniendo impreso con su registro de la temperatura a la que se originó hace más de 13.000 millones de años.

El fondo cósmico de microondas indica que la temperatura en todo el universo a los 380.000 años era casi uniforme, desviándose de la media en sólo 1 parte en 100.000. Se cree que sus puntos marginalmente “calientes” y “fríos” —las semillas de las futuras galaxias y vacíos— proceden de las fluctuaciones cuánticas, o las ondulaciones aleatorias de la energía, que fueron amplificadas en un destello de crecimiento exponencial en primer instante del universo, al que se conoce como inflación.

Los cosmólogos quieren seguir hacia atrás los pasos de la inflación hasta llegar a su causa.

A falta de una teoría de cómo funciona la física a las escalas extremadamente calientes y pequeñas que existían en el universo recién nacido, en la actualidad ellos sólo tienen un simple “modelo de juguete” de la comprobación: Un campo de inflación que impregnaba todo el espacio hizo transición a un estado inestable aproximadamente 10-36 segundos después del Big Bang, haciendo que el espacio se inflasse 1078 veces su volumen antes de que el campo de inflación se restabilizase unos 10-30 segundos después. Según este modelo, el cosmos debería haberse extendido uniformemente, produciendo un patrón aleatorio uniforme, moteado de calor y frío en el fondo cósmico de microondas. Pero eso no es lo que indican los datos.

“De un lado, los puntos calientes y puntos fríos son más calientes y más fríos que en el otro lado”, explicó Kamionkowski.

La Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas), o WMAP, lo primero que detectó en el 2007 es que los cambios de temperatura son más extremos en una mitad de la radiación cósmica de fondo que en el otro, pero podría haber sido un error de medición. El mapa de Planck fortaleció el caso de la asimetría y resuelve las fluctuaciones de temperatura en un detalle más fino, lo que permite que los físicos descarten algunas explicaciones, y lleguen a otros.

Tal como las diferencias topográficas en los Estados Unidos, la asimetría en las fluctuaciones de temperatura a través del universo es más visible a grandes escalas. En un metro cuadrado de tierra en Colorado no hay más baches que en metro cuadrado en Indiana, pero si uno se aleja, las montañas y los valles son claramente más altos y más profundos en Colorado. “Se puede pensar en una parte del cielo como Indiana y otra parte como Colorado,” dijo Donghui Jeong, un investigador postdoctoral en el grupo de Kamionkowski. “Esta variación es muy extraña. Es difícil imaginar qué la causa “.

Algunos cosmólogos se lo atribuyen a una casualidad estadística. Las probabilidades de que las fluctuaciones cuánticas en el nacimiento del universo puedan haber generado aleatoriamente la asimetría observada es de entre 0,1 y 1 por ciento; casi lo mismo que una moneda lanzada en varias ocasiones salga cara ocho veces seguidas.

Si tuviera que apostar y las probabilidades dejasen la misma ganancia, apostaría a que fue sólo un golpe de azar, dice Sean Carroll , cosmólogo del Instituto Tecnológico de California. “Pero el punto es que las probabilidades no son iguales. Si se nos dice algo acerca de los inicios del universo, podría ser muy importante”.

Los cosmólogos ya han adelantado varias teorías que compiten por explicar cómo los acontecimientos podrían haber tallado la asimetría en el cosmos durante e inmediatamente después del Big Bang.

Pocos creen en el modelo de juguete, con su campo de inflación apareciéndose por ahí, pueda explicar completamente qué impulsó el universo. En cambio, el campo podría ser una más de las dimensiones del espacio que se postulan en una “teoría del todo” hipotética llamada teoría de las cuerdas, lo que probablemente incluiría más de un campo de inflación enrollado. En un documento publicado en mayo en el sitio arXiv.org de preimpresiones sobre física, John McDonald , un cosmólogo de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido, demostró que un modelo de dos campos podría haber causado la asimetría en el fondo cósmico de microondas, siempre y cuando el segundo campo, llamado curvatón, haya decaído después de que terminó la inflación, y después de la formación de materia oscura.

Alternativamente, como se describe en un artículo que aparecerá en la revista Physical Review D, Kamionkowski y sus colegas calculan que la asimetría podría haber sido resultado de la variación de ciertos parámetros cosmológicos a través del universo. El modelo más prometedor, en el que hay una desviación de 6 por ciento en un parámetro de un extremo del universo al otro, “explica todas las observaciones con bastante comodidad”, dijo Kamionkowski. El parámetro puede ser anclado a valores diferentes en distintos defectos en el tejido del espacio-tiempo que, según algunas teorías, podrían ser los catalizadores de la inflación.

O, como Kleban y sus colaboradores afirman en un artículo publicado en Physical Review D en febrero, y en un próximo documento que incorpora los datos de Planck, la asimetría podría ser la consecuencia de una violenta colisión entre dos universos, o entre dos puntos dentro de este universo. En el escenario del multiverso, las burbujas aperecerían juntas con frecuencia y chocaríann. Las burbujas también podrían meterse para adentro al expandirse alrededor de una dimensión curvada del espacio (imagine un círculo que crece en la superficie de un cilindro). El impacto podría, entonces, haber provocado la inflación.

Si se viese la onda expansiva de una colisión cortando el fondo cósmico de microondas, sería una prueba irrefutable del multiverso, dice Kleban. Sin embargo, es más probable que el borde delantero de la onda de choque haya ido a parar más allá del horizonte de este parche observable del universo, como un barco que pasa en la noche, arrastrando una suave turbulencia a su paso. El mapa Planck podría representar los restos estirados de esa estela.

Esos restos “afectarían a los más grandes escalas que podamos ver”, dijo Kleban. Han crecido en escala mientras el universo se inflaba, lo que resulta en un efecto similar a las diferencias topográficas entre Colorado e Indiana.

Debido a que cada uno de los nuevos modelos de inflación hace su propia predicción acerca de la dirección en la que debe estar polarizada la antigua luz, se espera el equipo de Planck publique un nuevo “mapa de polarización” del fondo de microondas cósmico el próximo año, lo que debería ayudar a identificar cuál propuesta, si es que hay una, es prometedora.

Por ahora, los teóricos deben adaptar sus teorías del Big Bang a los datos que teinen a mano. “Siempre hay cosas que no se puede demostrar porque simplemente no tenemos la tecnología todavía”, dijo Kleban. “Sólo tienes que tomar tus fotos y hacer lo mejor.”

Fuente: Wired. Aportado por Eduardo J. Carletti

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