18 marzo, 2014

Confirman la inflación cósmica

Todos se preguntan ¿qué importante descubrimiento se hizo ayer que todos los diarios, el twitter, los blogs y mi profesor de física están tan excitados? Pues, en realidad, es un gran descubrimiento, súper complejo y difícil de entender para los mortales como nosotros. Los diferentes medios de comunicación lo resumieron como "el primer eco del Big Bang". Bueno, en base a las decenas de artículos que leí, tanto en los principales medios de comunicación científica (aquí, aquí y aquí), como los brillantes blogs sobre física que tenemos en español (aquí, aquí y aquí), les haré un resumen, así facilito, con figuritas, para que no te quedes al margen de este importante acontecimiento científico. Me tomaré algunas licencias para poder hacerlo un poco más digerible.

Todo empezó hace más de 13.700 millones de años, cuando una gran explosión debido, probablemente, a una fluctuación cuántica en el vacío (o sea, de la nada), dio origen a este vasto universo que hoy conocemos gracias a los formidables telescopios creados por la humanidad. Esta explosión, también conocida como Big Bang, se deduce a partir de las observaciones hechas por Edwin Hubble a fines de los años 1920's. Hubble vio que las galaxias se alejaban unas de otras cada vez más rápido. ¡El universo se expandía!

Entonces, si ponemos en reversa la película de la historia del universo veremos que en el pasado, las estrellas y galaxias estaban más cerca unas de otras, y si seguimos rebobinando la película llegaremos a un momento en donde todo el universo debería estar concentrado en un único punto infinitesimal (una singularidad, como los físicos le llaman).

El Big Bang fue de alguna manera confirmado por Arno Penzias y Robert Wilson a mediados de los años 60's del siglo pasado. Arno y Robert eran ingenieros y trabajaban en los Laboratorios Bell en Estados Unidos. Un día, mientras trataban de poner en funcionamiento un radiómetro de la empresa, se dieron con la sorpresa que a cualquier lado que apuntaran escuchaban un molesto ruido de fondo. Por más que limpiaron y quitaron el "material dieléctrico blando" (caca de pájaro) del radiómetro, el ruido seguía. Un año después, Robert Dicke y colegas de la Universidad de Princeton lograron interpretar que este ruido de fondo que cubría todo el cielo era un remanente del Big Bang, tal como lo predijeron Gamow, Alpher y Hermann en 1948.

Lamentablemente la teoría del Big Bang no nos dice mucho sobre lo que pasó en los primeros instantes de vida del universo. La temperatura era tan alta que los componentes de la materia (protones, neutrones y electrones) no podían formarse. Los fotones de luz eran tan energéticos que chocaban entre sí o eran absorbidos por los componentes nucleares recién formados. El universo era opaco. Más de 300 mil años después, cuando la temperatura del universo bajo a 3000ºK (un poquito menos de 3000ºC), los átomos pudieron formarse y los fotones, mucho menos energéticos, por fin eran libres para propagarse en línea recta en todas direcciones.

El año pasado, el satélite Plank de la Agencia Espacial Europea tomó una "foto" de este preciso instante. La radiación de fondo cósmica —o radiación de fondo de microondas— detectada por Penzias y Wilson ahora tenía una foto muy detallada. En ella se veía un universo muy uniforme, donde las temperaturas variaban en valores cercanos a 0,0003ºK, las cuales se deben a fluctuaciones cuánticas en los primeros instantes del universo.
En los primeros instantes del universo —estamos hablando del primer trillonésimo del trillonésimo segundo de vida del universo— hubo una expansión brutal. En un instante tan pequeño que resulta inconcebible para nuestra mente humana, el universo creció 100000...000000 (70 ceros) veces su tamaño original. Para que te hagas una idea, imagina que tienes un globo en la mano y de un sólo soplo lo inflas del tamaño del sistema solar.

Pero debido a fenómenos cuánticos (los físicos le llaman así a las cosas que aún no podemos entender) la expansión brutal no fue igual en todas las regiones del universo. Había regiones en donde la inflación se frenaba y la energía se convertía en materia, muy diferente a la que conocemos. Esta materia provocaba ciertas fluctuaciones en el espacio-tiempo. Estas fluctuaciones, que algunos medios de comunicación las llamaron "temblores", son muy pequeñas pero importantísimas porque forman ondas que pueden ser detectadas, incluso en nuestros días, de forma indirecta. Estas ondas son las llamadas ondas gravitacionales primigenias o primordiales.

Estas ondas gravitacionales en el espacio-tiempo también ejercían su efecto sobre las electrones que se formaban a medida que se enfriaba el universo en sus primeros años de vida. Estas vibraciones de los electrones debido a las ondas gravitacionales lo transmitían a los fotones de luz que chocaban contra ellos provocando que estos se polaricen de una manera particular. En otras palabras, los fotones —que también son ondas— adquirían una ondulación en una determinada dirección o plano muy característico al cual le llamaron polarización de tipo B.

La siguiente infografía nos da una bonita explicación:
Vía | NewScientist.
Esta radiación de fondo cósmica con polarización de tipo B es muy pero muy tenue por lo que su detección es muy complicada. Además, las moléculas de agua que hay en la atmósfera interfieren con ellas y no permiten detectarlas. Es así que dos radiotelescopios ubicados en las regiones más secas del mundo: uno en el desierto de Atacama en Chile y otro en el Polo Sur (BICEP2); se encargan de detectar estas esquivas radiaciones polarizadas.
BICEP2 | Vía Nature.
Y así llegamos al final de la historia. La noticia del año fue que el radiotelescopio BICEP2 ha detectado estas radiaciones de fondo cósmico con polarización del tipo B. En otras palabras, ha detectado las huellas de las ondas gravitacionales primordiales, lo cual confirmaría el mecanismo que las produce: la inflación cósmica. En otras palabras, hemos podido ver indirectamente lo que pasó cuando el universo tenía 0,00000000000000000000000000000000001 segundo de vida :)

Este es el equipo responsable del trabajo:
Es muy probable que el Telescopio Espacial Planck, el mismo que nos mostró la "foto" del universo cuando tenía 380 mil años de vida, dentro de unos meses nos de una confirmación de la observación hecha por BICEP2 pero con una mayor resolución. Y también es probable que Andrei Linde y Alan Guth ganen el Premio Nobel por haber desarrollado la teoría de la inflación cósmica. 

Este resumen no pudo ser posible si no fuera por la clara explicación que hizo Enrique Borja en Cuentos Cuánticos.

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