Ciencia

Confirmado: somos todos hijos del Big Bang

CIENCIA BIG BANG INFLACIÓN 2

En el mayor descubrimiento de las últimas décadas, desde telescopios en el Polo Sur, un equipo de astrofísicos detectó las “ondas gravitacionales” postuladas por Einstein que confirman la teoría del Big Bang. Aquí, la presentación del hallazgo explicada en el New York Times. Como broche, el descubrimiento científico en cinco preguntas planteadas por los editores del sitio especializado Materia.

Una noche a finales de 1979, un joven físico itinerante llamado Alan Guth (en la foto), flamante padre y recién designado por un año en la Universidad de Stanford, se quedó hasta tarde con su cuaderno de notas y ecuaciones aventurándose mucho más allá del mundo de la física conocida.

Guth estaba tratando de entender por qué no había ni rastro de algunas partículas exóticas que deberían haber sido creadas durante el Big Bang. En lugar de eso, descubrió lo que podría haber provocado la explosión que inició el universo. Un potencial envión en el supuesto curso de la evolución cósmica podría haber llenado el propio espacio con una energía especial que ejerce una fuerza repulsiva, haciendo que el universo se expandiera más rápido que la velocidad de la luz en un instante prodigiosamente violento.

Si fuera cierto, esa rápida congestión resolvería paradojas como por qué el cielo se ve uniforme de polo a polo y no como un barullo deforme e irregular. Esa gran inflacioón limaría todas las arrugas e irregularidades. Esas partículas no faltaban, pero quedaban fuera de los márgenes de la detección, como un escupitajo en el océano.

“ESPECTACULAR LOGRO”, escribió Guth en la parte superior de la página, y lo recuadró dos veces.

Este 17 de marzo, la nave del doctor Guth arribó. Radioastrónomos revelaron que habían visto el comienzo del Big Bang, y que su hipótesis, conocida sin alharacas como inflación, aparecía ahora como la correcta.

Retrocediendo 13.800 millones años hasta la primera franja de tiempo cósmico a través de telescopios desde el Polo Sur, un equipo de astrónomos dirigido por John M. Kovac, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica detectó ondas en el tejido del espacio-tiempo –llamadas ondas gravitacionales-, la firma de un universo violentamente expandido cuando era un billonésimo de billonésimo de billonésimo de segundo de duración. Esta detección de ondas es la evidencia clave de la inflación, y prueba de que Guth estaba en lo cierto, según Kovac y sus colegas.

CIENCIA BIG BANG INFLACIÓN TELESCOPIOS

La confirmación de la inflación significaría que el universo que vemos, que se extiende por 14 mil millones de años luz en el espacio, con sus cientos de miles de millones de galaxias, es sólo un parche infinitesimal en un cosmos más grande cuya extensión, arquitectura y destino son incognoscibles.

Por otra parte, más allá de nuestro propio universo podría haber un número infinito de otros universos burbujeando hacia la eternidad espumosa, como una olla de agua hirviendo pasta.

En nuestro propio universo,  eso serviría como una ventana a las fuerzas que operan a energías siempre fuera del alcance de los aceleradores de partículas de la Tierra y producir nuevos conocimientos sobre la gravedad. Las ondas detectadas por Kovac serían la primera observación directa de las ondas gravitacionales que, según la teoría de la relatividad general de Einstein, debería ondular el espacio-tiempo.

Según la teoría de la inflación, las olas son las hipotéticas partículas cuánticas conocidas como gravitones, que cargan gravedad, magnificadas por la expansión del universo a dimensiones extragalácticas.

“Se puede ver cómo el cielo se está distorsionado por las ondas gravitacionales”, dijo Andrei Linde, un prominente teórico de la inflación en Stanford. “Estamos utilizando nuestro universo como un gran microscopio. El cielo es una placa fotográfica”, graficó.

CIENCIA EINSTEIN EN BICI

Marc Kamionkowski, de la Universidad Johns Hopkins, estudioso del principio del universo que no formó parte del equipo investigador, dijo: “Esto es enorme, es tan grande como se está diciendo que es”.

“A pesar de que podríamos no entenderlo completamente”, dijo Kamionkowski, “esto es una señal del universo más temprano, el envío de un telegrama codificado en forma de ondas gravitacionales”.

Las ondas se manifestaron como debilitado patrones en espiral, en un baño de radiación de microondas que impregna el espacio y conserva una imagen del universo cuando tenía 380.000 años de edad y era tan caliente como la superficie del Sol.

Kovac y sus colaboradores, que trabajan en un experimento conocido como Bíceps, por Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, publicaron sus resultados en una conferencia científica en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y en un conjunto de documentos científicos presentados en The Astrophysical Journal.

El astrofísico dijo que la posibilidad de que los resultados fueran un golpe de suerte era de una en 3,5 millones, un estándar dorado para los descubrimientos llamados cinco sigma. Guth se declaró “boquiabierto” y confesó que no había esperado que semejante confirmación definitiva le llegara en vida. “Con la naturaleza, tienes que tener suerte”, dijo. “Al parecer, hemos tenido suerte”.

Los resultados son el destilado de observaciones y análisis muy bien guardadas durante tres años. Evitando el uso de correos electrónicos por temor a filtraciones de información, Kovac entregó personalmente los borradores de su trabajo a unos pocos. La semana pasada se reunió con el propio Guth, ahora profesor en el MIT (al igual que su hijo, Larry, el niño que dormía junto a él esa noche de su descubrimiento en 1979 ).

“Fue un momento muy especial, que nos tomamos muy en serio como científicos”, declaró Kovac, quien elige sus palabras con tanto cuidado como extiende sus radiotelescopios.

Linde, quien describió por primera vez la variante más popular de la inflación, conocida como inflación caótica, en 1983, se estaba a punto de ir de vacaciones al Caribe la semana pasada cuando Chao-Lin Kuo, un colega de Stanford y miembro del equipo de Kovac, llamó a su puerta con una botella de champán para darle la noticia.

Confundido, Linde llamó a su esposa para preguntarle si había hecho el encargo. “Pensamos que se trataba de un delivery, pero no habíamos pedido nada. Simplemente -ironizó- olvidé de que en realidad había hecho el pedido hacía 30 años”, escribió Linde en un correo electrónico .

Consultado desde Bonaire, la isla holandesa del Caribe, Linde dijo que todavía estaba hiperventilando. “Recibir noticias como ésta es la mejor manera de echar a perder las vacaciones,” dijo.

Barred Spiral Galaxy

PARA ENTENDER: SUPONGAMOS QUE ES CAFÉ

La inflación ha sido el caballo de batalla de la cosmología desde hace 35 años, aunque muchos, entre ellos  Guth, se preguntaban si se podría probar alguna vez.

Si resulta formalmente corroborado, el trabajo de Kovac se mantendrá como un hito en la ciencia, comparable con el reciente descubrimiento de la energía oscura que va separando el universo, o la del propio Big Bang. Abriría vastos reinos de tiempo, espacio y energía para la ciencia y la especulación.

EL UNIVERSO. Tiene menos de 14 mil millones de años. Desde nuestra posición en la galaxia, en la Vía Láctea, podemos observar una esfera -el universo visible- en expansión de 14 mil millones de años luz en todas direcciones. Pero hay un misterio. Dondequiera que miremos, el universo tiene una temperatura uniforme.

TIEMPO INSUFICIENTE.   El universo no es lo suficientemente viejo como para que la luz recorra los 28 mil millones de años luz de un lado al otro del universo, y no ha habido tiempo suficiente para que los parches dispersos de caliente y fría se mezclar en una sola temperatura.

CAFÉ DISTANTE. A una escala más pequeña, imaginen que usan un telescopio para mirar a una milla (1,6 km) en una determinada dirección. Usted observa una taza de café, y a partir de la cantidad de vapor puede estimar la temperatura y cuánto se ha enfriado.

CAFÉ EN TODOS LOS PUNTOS.   Ahora dé la vuelta en la dirección contraria. Usted verá la misma taza de café, exactamente a la misma temperatura. ¿Coincidencia? Quizás. Pero si usted ve la misma taza en todas las direcciones, es posible que desee buscar otra explicación.

TIEMPO INSUFICIENTE. No ha habido tiempo suficiente para llevar las tazas de café de un lugar a otro como para que se enfríen. Pero si todas las tazas de café de alguna manera se llenaron con una sola jarra de café, todas al mismo tiempo, podría explicar su temperatura uniforme.

INFLACIÓN. La inflación resuelve este problema. La teoría propone que, menos de una billonésima de segundo después del Big Bang, el universo se expandió más rápido que la velocidad de la luz. Pequeñas ondas en la violenta expansión de masa eventualmente se convirtieron en estructuras a gran escala del universo.

FLUCTUACIÓN.   Los astrónomos han detectado ahora evidencias de estas antiguas fluctuaciones en remolinos de luz polarizada. en la radiación cósmica, que es la energía sobrante de los inicios del universo. Estas son las ondas gravitacionales predichas por Albert Einstein.

EXPANSIÓN.  Volviendo a nuestro ejemplo del café, imaginen una única jarra expandiéndose más rápido que la luz y enfriándose a una temperatura uniforme según se expande. Algo sí es la inflación. Y la estructura del universo refleja la espuma y el vapor de la jarra original.

Texto original completo aquí

CIENCIA BIG BANG INFLACIÓN TELESCOPIO EXPERIMENTO BICEP2 POLO SUR

El descubrimiento científico del año en cinco preguntas

(Por Materia).- El hallazgo sobre el nacimiento del universo presentado ayer es tan importante como complicado. Un experto en cosmología de Estados Unidos te ayuda a comprenderlo en cinco pasos

Sean McWilliams es profesor de física en la Universidad del Oeste de Virginia y experto en ondas gravitacionales. El experto te explica, en cinco preguntas, qué se ha descubierto sobre el nacimiento del universo y por qué debe importarte.

¿Qué han descubierto exactamente?

El telescopio BICEP2 ha detectado un nivel estadísticamente significativo de polarización modo B en la radiación de fondo de microondas(CMB en sus siglas en inglés) a escalas angularmente grandes. [La radiación de fondo de microondas es la luz generada por el Big Bang que sigue llegando a la Tierra en forma de radiación constante].

En general, la luz puede polarizarse, lo que significa que apunta en una dirección bien definida. Cuando miramos a la radiación de fondo de microondas podemos ver en qué dirección apunta la luz en cada punto del cielo. Cuando lo hacemos, la mayor parte de la luz está polarizada en líneas rectas, ya sean de abajo a arriba, de izquierda a derecha o también siguiendo líneas diagonales. Esto es lo que se llama el modo E y en principio podemos eliminarlo de nuestras observaciones.

Cuando lo haces, lo que queda son los modos B, que tienen una trayectoria ondulada a lo largo del cielo. Recientemente se observó esa ondulación en escalas pequeñas y se supo que se debía a la influencia de la gravedad de los objetos (planetas, galaxias) que hay entre la luz del CMB y nosotros. El nuevo descubrimiento de BICEP2 es la detección de modos B a escalas grandes con una confianza estadística de más de 5 sigmas [un margen de error de uno entre 35 millones]. La huella quedó impresa en el CMB cuando fue emitida esta luz por primera vez y corresponde a las ondas gravitacionales que se extendían por el universo en aquel tiempo.

Esas ondas las generó la inflación, cuando el universo era muy pequeño pero estaba expandiéndose muy rápidamente. Esas ondas se fueron calmando en el lapso de tiempo entre la inflación y la aparición de la radiación de fondo de microondas y se han vuelto aún más calmadas desde entonces. Pero analizando el CMB podemos ver una instantánea de lo que hacían las ondas gravitacionales a los fotones del CMB en aquel tiempo.

¿Cómo de fiables son los resultados?

El descubrimiento es muy sólido. Todo se reduce a la significación estadística. Asumiendo que las observaciones son reales, no hay otro mecanismo viable de generar esos modos B que no sean las ondas gravitacionales generadas en el universo temprano. De hecho, la única pregunta que nos queda es saber si hay algún error sistemático en las observaciones que no se ha detectado. Una observación independiente por parte de otro experimento descartará esa posibilidad.

¿Es este un descubrimiento de Nobel?

Definitivamente, sí. La razón es que el descubrimiento es a la inflación lo que un cuchillo ensangrentado o una pistola humeante a un crimen. También tiene importantes implicaciones en física de partículas, porque nos está contando el estado del universo durante un tiempo en el que era increíblemente pequeño y por tanto con mucha energía concentrada. El hecho de que la señal captada se deba a ondas gravitacionales es muy interesante pero creo que estas otras dos razones son las principales por las que este descubrimiento garantiza un premio Nobel si se confirman.

¿Cómo es de novedoso?

Recientemente, POLARBEAR encontró modos B en escalas más pequeñas, pero no eran primordiales, es decir, de las primeras etapas del universo.

¿Es realmente directa la observación de esas primeras ondas del Big Bang?

Esta es una pregunta interesante y sutil. Yo argumentaría que este resultado es más directo que la de Hulse-Taylor, que ganaron el Nobel, porque estamos viendo directamente la huella de las ondas gravitacionales en los fotones. Dicho esto, la observación de Hulse-Taylor es más dinámica, porque podemos ver cómo el sistema continúa evolucionando debido a la emisión continua de ondas gravitacionales.

En cambio esta nueva observación es estática, es decir, una imagen fija del contenido de las ondas gravitacionales que contenía el universo en un momento específico de la historia del universo. Pronto, tanto los interferómetros de láser como Advanced LIGO y los dispositivos de análisis de púlsares como NANOGrav harán observaciones que serán inequívocamente directas y además, dinámicas, y esto también dará lugar a más descubrimientos dignos de Nobel. De cualquier forma, independientemente de los modos B causados por ondas gravitacionales que ha visto BICEP2, esta observación se llevará el Nobel sólo por sus implicaciones para la inflación.

 Texto original aquí

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