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.
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.
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