Durante la próxima década, los cosmólogos intentarán observar los primeros momentos del Universo, con la esperanza de demostrar una teoría popular. Buscarán ondas de gravedad extremadamente débiles para medir la luz primordial, en busca de evidencia convincente para la Teoría de la inflación cósmica, que propone que una fluctuación de densidad microscópica al azar en la estructura del espacio y el tiempo dio a luz al Universo en un gran y caliente Bang hace aproximadamente 13.7 mil millones de años. Se está conectando un nuevo instrumento llamado polarímetro al Telescopio del Polo Sur (SPT), que funciona a longitudes de onda submilimétricas, entre microondas e infrarrojos en el espectro electromagnético. La teoría de la relatividad general de Einstein predice que la inflación cósmica debería producir ondas de gravedad débiles.
La teoría de la inflación propone un período de expansión extremadamente rápida y exponencial del Universo durante sus primeros momentos antes de la expansión más gradual del Big Bang, durante el cual la densidad de energía del universo estuvo dominada por una energía de vacío cosmológica de tipo constante que más tarde decaído para producir la materia y la radiación que llenan la revista Space.
En 1979, el físico Alan Guth propuso la teoría de la inflación cósmica, que también predice la existencia de un número infinito de universos. Desafortunadamente, los cosmólogos no tienen forma de probar esa predicción en particular.
“Dado que estos son universos separados, por definición eso significa que nunca podemos tener ningún contacto con ellos. Nada de lo que sucede allí tiene ningún impacto en nosotros ”, dijo Scott Dodelson, científico del Laboratorio Nacional de Aceleración de Fermi y profesor de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago.
Pero hay una manera de probar la validez de la inflación cósmica. El fenómeno habría producido dos clases de perturbaciones. El primero, las fluctuaciones en la densidad de las partículas subatómicas ocurren continuamente en todo el universo, y los científicos ya las han observado.
"Por lo general, solo tienen lugar en la escala atómica. Nunca los notamos ”, dijo Dodelson. Pero la inflación estiraría instantáneamente estas perturbaciones en proporciones cósmicas. “Esa foto realmente funciona. Podemos calcular cómo deberían ser esas perturbaciones, y resulta que son exactamente correctas para producir las galaxias que vemos en el universo ".
La segunda clase de perturbaciones serían las ondas de gravedad: distorsiones de Einstein en el espacio y el tiempo. Las ondas de gravedad también serían promovidas a proporciones cósmicas, tal vez incluso lo suficientemente fuertes como para que los cosmólogos las detecten con telescopios sensibles sintonizados a la frecuencia adecuada de radiación electromagnética.
Si el nuevo polarímetro es lo suficientemente sensible, los científicos deberían poder detectar las ondas.
"Si detecta ondas de gravedad, le informa mucho sobre la inflación para nuestro universo", dijo John Carlstrom de la Universidad de Chicago, quien desarrolló el nuevo instrumento. Carlstrom dijo que detectar las olas descartaría varias ideas competitivas para el origen del universo. "Hay menos de lo que solía haber, pero no predicen que tengas un big bang tan extremo y caliente, esta fluctuación cuántica, para empezar", dijo. Tampoco producirían ondas de gravedad a niveles detectables.
Una simulación en este enlace retrata las distorsiones en el espacio y el tiempo a escala subatómica, el resultado de las fluctuaciones cuánticas que ocurren continuamente en todo el universo. Cerca del final de la simulación, la inflación cósmica comienza a estirar el espacio-tiempo a las proporciones cósmicas del universo.
Los cosmólogos también usan el SPT en su búsqueda para resolver el misterio de la energía oscura. Una fuerza repulsiva, la energía oscura empuja al universo y abruma a la gravedad, la fuerza atractiva ejercida por toda la materia.
La energía oscura es invisible, pero los astrónomos pueden ver su influencia en los cúmulos de galaxias que se formaron en los últimos miles de millones de años.
El SPT detecta la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), el resplandor del big bang. Los cosmólogos han extraído una fortuna de datos del CMB, que representan los fuertes tambores y cuernos de la sinfonía cósmica. Pero ahora la comunidad científica tiene los oídos ladeados por los tonos de un instrumento más sutil, ondas gravitacionales, que subyacen al CMB.
"Tenemos estos componentes clave para nuestra imagen del universo, pero realmente no sabemos qué física produce ninguno de ellos", dijo Dodelson sobre la inflación, la energía oscura y la materia oscura igualmente misteriosa. "El objetivo de la próxima década es identificar la física".
Fuente: Universidad de Chicago.
