¿Qué onda con las ondas del inicio del universo?
Julieta Fierro. La noticia del último mes suena espectacular, pero no se entiende: “se descubrió polarización en la luz primordial debida a la perturbación de las ondas gravitacionales, lo cual comprueba la inflación cósmica”. Suena a un tema perfecto de conversación entre estudiantes graduados de física; el comentario generalizado podría ser: “¡Se mataron dos pájaros de un tiro: se comprobó la existencia de las ondas gravitacionales y de la inflación del universo!”. En mi opinión también puede ser un tema de reflexión para los demás, ¡es espectacular! Tiene que ver con el origen nada más y nada menos que de todo lo que conocemos.
Va la explicación, comenzando sobre algunos conceptos sobre la evolución del universo:
A- El modelo se basa en lo siguiente:
1- Se ha observado que los grupos de galaxias, los cúmulos, se alejan entre sí, se conoce la velocidad con que se alejan.
2- Por consiguiente se puede calcular cuando estuvieron todos juntos: hace 13 785 millones de años. El inicio de la expansión del universo.
3- La historia del universo como lo conocemos se originó por liberación de energía del vacío que se trasformó en la materia común. Se expandió y se enfrío. (Así como si soltamos vaho sobre nuestra mano se siente tibio pero si soplamos se siente frío, un gas al expandirse se enfría, lo mismos sucedió con el universo.)
4- A lo largo del enfriamiento se formaron la materia como los protones, neutrones y electrones, más tarde los átomos, las estrellas, las galaxias, los planetas, la vida. Por fin aquí estamos nosotros aquí, tratando de entenderlo todo.
5- Los átomos neutros se formaron, cuando cada protón atrapó a su electrón y liberó un fotón, una partícula de luz. Esto ocurrió cuando el universo tenía 380 000 años de existencia. Por un lado quedó la materia y por otro la energía, la luz, que llenó a todo el universo y lo sigue haciendo, se llama la radiación de fondo.
6- Esta radiación también ha estado sujeta a la expansión del universo y ahora la observamos como ondas de radio. No es totalmente homogénea, estas inhomogeneidades indican que la densidad del universo tuvo variaciones.
Estas dieron origen a los cúmulos de galaxias.
B- ¿Porqué es necesario un periodo de inflación?
1- Todas las galaxias, por más remotas que sean y estén en sitios opuestos del cielo son muy similares, comparten la misma física, deben tener un origen común. Es como la vida en la Tierra, tuvo que tener un origen común; nos
podemos comer los unos a los otros, estamos hechos de los mismo, porque venimos de lo mismo.
2- Pero, dada la medición de la velocidad de expansión, los 13 785 millones de años no son suficientes para que se diera el origen común de todos los astros, están demasiado lejos unos de otros. El espacio en que se formaron las galaxias no hubiera estado en contacto. La manera de explicarlo es si hubo un periodo de velocidad de expansión del universo mucho mayor, la inflación, para entender cómo objetos tan distantes son semejantes. La inflación sugiere que durante el primer billón trillonésimo de segundo el cosmos pasó de ser un punto a volverse casi del tamaño del universo actual.
3- ¿Cómo podemos comprobar esto?, con ingenio y paciencia.
C- Lo de las ondas gravitacionales y Albert Einstein.
1- Einstein propuso que cuando ocurren fenómenos que tienen que ver con la variación de la gravedad, por ejemplo la colisión y fusión de dos hoyos negros se propagan ondas, en este caso, gravitacionales. Estas estiran y contraen el espacio por donde transitan.
2- Si tomamos una cuerda entre las manos y movemos un extremo producimos ondas. Cuando hablamos comprimimos aire, esta compresión se propaga hasta llegar al oído de otras personas, esta compresión es una onda.
3- Si dos hoyos negros cercanos colisionan entre sí, las ondas llegan a la Tierra y México todito se encoje y se estira un par de centímetros, esto dice la teoría, no se ha podido medir.
4- ¿Cómo se pudieron descubrir las ondas predichas por Einstein? Con una antena colocada en el Polo Sur, apuntando a un sitio del cielo que observado desde allá, nunca se pone y donde hay pocas galaxias cercanas, lo que permite mirar a distancias enormes sin interferencia. El tamaño del cielo observado fue de un cuadrado cuyo costado sería como vemos el tamaño de nuestro dedo meñique con el brazo estirado.
5- La antena de radio BICEP2 mide ondas de radio provenientes de uno de los sitios más remotos observados del cosmos. De luz que se produjo cuando el universo tuvo 380 000 de vida, cuando se formaron los átomos neutros.
Explicación:
6- Cuando recibimos señales del universo toman tiempo en llegar. La luz de la galaxias de Andrómeda tarda millones de años en llegar hasta nosotros y de algunas más lejanas mucho más, miles de millones o billones de años. Es decir, entre más lejos miremos la luz tarda más tiempo en llegar que vemos a los astros en pasados cada vez más remotos. La radiación que observó BICEP2 es lo más remoto que podemos observar; cuando el universo tenía 380 000 años de haber iniciado su expansión.
7- La luz tiene propiedades de onda, como las de la cuerda que oscila. En general hay ondas que oscilan horizontales, verticales y en cualquier dirección.
Las ondas que llegan de la radiación de fondo están “polarizadas” oscilan en inclinaciones preferenciales.
8- Es probable que la polarización observada sea producto de las variaciones cuánticas, subatómicas, en la inhomogeneidad de la densidad durante la inflación, traducibles a mayores escalas en variaciones observadas de la radiación de fondo. En sobre simplificado, el universo estaba grumosito y sigue grumoso pero con grumos de mayor tamaño y más alejados entre si.
C- Fin de la historia
1- Se midió la polarización que produjo el campo gravitacional predicho por Einstein en esas condiciones extremas de densidad de energía y materia durante el periodo de inflación. Einstein predijo la conexión entre la gravedad y la mecánica cuántica (la física de las partículas subatómicas). La polarización detectada muestra una estructura similar a bucles en la orientación de las ondas de radio, esto es producto de la interacción gravitación-mecánica cuántica.
2- Estas perturbaciones producidas durante el periodo de inflación se amplificaron, se observan en la radiación de fondo como pequeñas variaciones de temperatura; miles de millones de años después dieron origen a la estructura actual del universo: la materia está acomodada en filamentos, en la telaraña cósmica. 3- El logro es de los investigadores principales Alan Guth de MIT y John Kovac de Harvard y sus colaboradores. ¡Bravo!
"Esto puede potencialmente darles el Premio Nobel" a sus autores, si comparamos este hallazgo con el descubrimiento en 2012 del Bosón de Higgs, piedra angular de la teoría del Modelo Estándar, la partícula elemental que le da su masa a muchas otras partículas.
