terça-feira, 18 de março de 2014

Detectadas as ondas do primeiro instante do universo


Un telescopio en el polo Sur capta la huella de la teoría de la inflación cósmica, que completa el conocimiento del Big Bang

ELPAIS.COM

Los científicos dicen haber detectado los sutiles temblores del universo un instante después de su origen. Un telescopio estadounidense en el mismísimo polo Sur ha logrado captar esas huellas en el cielo que suponen un espaldarazo definitivo a la teoría que mejor explica los primeros momentos del cosmos, denominada inflación y propuesta hace más de tres décadas. Esa inflación fue un crecimiento enorme y muy rápido del espacio-tiempo inicial y, a partir de ese momento, el universo siguió expandiéndose pausadamente, hasta ahora, 13.800 millones de años después. Es la teoría del Big Bang, pero con un complemento fundamental al principio de todo. Como dice Alan Guth, el científico estadounidense que propuso, en 1980, la inflación cósmica, “exploramos el bang del Big Bang”.
“Unos astrónomos afirman que han encontrado la tan buscada evidencia de que el universo sufrió una rápida inflación en los primerísimos momentos de su existencia”, señala la revista Nature. “Si se confirma, esa firma de las ondas gravitacionales del Big Bang abrirá un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física”.
Los científicos del telescopio de microondas BICEP-2, instalado en la base antártica Amundsen Scott, han anunciado hoy en Harvard los datos concluyentes, disparando la euforia de muchos cosmólogos en todo el mundo que, por muy convencidos que estuviesen de que la inflación tenía que ser la explicación correcta de lo que pasó casi al principio, estaban a la espera de la prueba, imprescindible en ciencia, de que la naturaleza efectivamente funciona como ellos habían conjeturado. Y la prueba son las ondas gravitacionales primordiales, producidas por las llamadas vibraciones cuánticas en el espacio-tiempo, que se propagan por el universo a la velocidad de la luz y de las que hoy queda la leve firma en la radiación de fondo que permea todo el cielo.
“Se trata de la primera evidencia directa de la inflación cósmica”, anuncia el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, en EE UU. Son “las primeras imágenes de ondas gravitacionales, olas que se han descrito como los primeros temblores del Big Bang. Y confirman la profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general.
“La detección de estas señales es uno de los objetivos más importantes de la cosmología actual. Mucha gente ha trabajado mucho hasta llegar a este punto”, comenta John Kovac, líder del detector Bicep2. Y el propio Guth ha declarado a Nature: "Es una prueba nueva y totalmente independiente de que el panorama inflacionario encaja".
La teoría del Big Bang funciona bien y varias sólidas pruebas observacionales la respaldan, pero en realidad, arranca su historia del universo un poco después del principio, un momento a partir del cual explica con éxito la expansión de las galaxias que observó Edwin Hubble en 1929, la formación de los elementos ligeros como el Hidrógeno o la radiación de fondo (de cuando el Universo tenía 380.000 años) remanente en el cielo que es el resplandor de la época en que se formaron los primeros átomos.
Pero en su formulación clásica también tiene problemas y esas pegas que soluciona son las que la inflación de Guth, primero, e inmediatamente después de otros físicos que mejoraron la idea inicial o propusieron variaciones de la misma. Las dos principales cuestiones que deja sin respuesta la teoría sin inflación son: ¿por qué el universo es tan homogéneo, tan igual se mire a donde se mire? y ¿por qué tiene la densidad justa? Por partes: el problema de la homogeneidad significa que el universo es demasiado grande para que los extremos se hayan podido contagiar las propiedades: en el cosmos inicial habría variaciones de temperatura pero no habría dado tiempo a que alcanzaran un equilibrio. Como decía el cosmólogo Daniel Baumann en space.com, el hecho de que partes distantes del universo tuvieran la misma temperatura y densidad sin haber podido estar en contacto es un problema de la teoría del Big Bang sin inflación, tan paradójico como que dos tazas de café muy lejos una de otra y sin posibilidad de haber entrado en contacto, tengan exactamente la misma temperatura. Con la inflación, las dos tazas son producto de la misma máquina de café hecho al mismo tiempo y ese crecimiento exponencial del universo en los primeros instantes las separa a velocidad superior a la de la luz (por la expansión del espacio tiempo, no porque nada supere ese límite de velocidad).
El problema de la densidad exacta o de por qué tiene una geometría plana o casi es enigmático, porque si al principio hubiera habido un poco más de materia, habría colapsado casi inmediatamente y si hubiera habido un poco más, la expansión resultante habría impedido la formación de galaxias y estrellas…
La inflación soluciona ambos problemas partiendo de que la gravedad, en determinadas condiciones actúa con una fuerza repulsiva, en lugar de atractiva, y utiliza mecanismos clave de la mecánica cuántica. “Partimos de un poquito de universo primitivo, algo muy pequeño, algo que podría ser mil millones de veces más pequeño que un protón, pero que podría tener esa materia gravitatoriamente repulsiva”, explicaba hace unos años Guth a EL PAÍS. “Entonces empieza a expandirse exponencialmente, duplicándose de tamaño muy rápidamente, por lo menos un centenar de veces. Al final de ese proceso de inflación, todo el universo, o la región del cosmos que evolucionará hasta convertirse en el cosmos observable actual, sería mucho más grande que antes de ese crecimiento tremendo. Aún así no tendría más de un centímetro de diámetro. Ya a partir de ese momento, la repulsión gravitatoria deja de actuar y continúa la expansión normal hasta ahora”. Y todo ello en una fracción mínima de segundo.
Y ese proceso de crecimiento acelerado genera unas vibraciones que acaban siendo en el universo ondas gravitatorias (como pinzamientos del espacio-tiempo que se estiran y encogen) cuya huella han detectado ahora los científicos con el telescopio Bicep2 en la radiación de fondo de microondas.
Como la radiación de fondo es una forma de luz, muestra todas sus propiedades, incluida la polarización, explica el centro Harvar- Smithsonian. “Nuestro equipo busca un tipo especial de polarización denominado B-modes que representa un patrón de giro o rizo en las orientaciones polarizadas de la antigua luz”, comenta Jamie Bock, uno de los científicos del equipo.
Si se compara la historia del universo con la vida de una persona, la teoría del Big Bang clásica, sin inflación, empieza en el momento en que el niño está en la maternidad, recién nacido. Con la inflación se remonta al estado de embrión", señalaba Guth.
El telescopio terrestre más cercano al espacio
ALICIA RIVERA
El telescopio BICEP2 es uno de los observatorios instalados en el polo Sur donde merece la pena tenerlo, pese a la complejidad de su montaje y operación dadas las condiciones extremas allí, por las ventajas que ofrecen las condiciones atmosféricas y la altura (2.800 metros sobre el nivel del mar), favorables a las observaciones astronómicas en determinadas longitudes de onda de microondas (ente las ondas radio y el infrarrojo). El frío hace que sea escasa la cantidad de vapor de agua que absorben dichas ondas, además, la oscuridad total durante seis meses garantiza la estabilidad de la atmósfera sin los cambios térmicos de amaneceres y atardeceres.
"El polo Sur es lo más cerca que puedes estar del espacio y seguir en tierra”, señala John Kovac, líder del equipo del telescopio. “Es uno de los lugares más secos y limpios del planeta, un sitio perfecto para observar las ténues microondas del Big Bang".
El BICEP2 fue diseñado específicamente para captar las huellas de la inflación que ahora ha descubierto (técnicamente, la polarización de la radiación cósmica de fondo) y en realidad es una batería de detectores. El primer instrumento BICEP1 funcionó de 2006 a 2008 con 98 detectores; el segundo, con 512 detectores, se estrenó en enero de 2010 y estuvo en operación hasta diciembre de 2012. Ahora están en preparación las nuevas versiones, un conjunto de receptores que formarán el conjunto Keck. El BICEP3 empezará escudriñar el cielo en 2015. Financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia, estadounidense, integran su equipo especialistas de varias universidades e instituciones científicas.
El Bicep2 está instalado en el edificio Dark Sector Laboratory de la base Amundsen Scott, junto con el Telescopio del Polo Sur.