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Ecos del Big Bang detectados en el Polo Sur revolucionan la física

Científicos de la colaboración BICEP2, con datos del telescopio homónimo situado en el Polo Sur, han detectado la primera prueba directa de la inflación cósmica del Big Bang, la expansión inicial del universo. El descubrimiento confirma la profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general, y abre la posibilidad de una teoría física unificada.

Ecos del Big Bang detectados en el Polo Sur revolucionan la física

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una chispa extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los «primeros temblores del Big Bang».

Además, los datos constatan una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general. Si se confirman todos estos descubrimientos, se abrirá un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física.

Una de las metas más importantes de la cosmología

«La detección de esta señal es una de las metas más importantes de la cosmología actual», destaca John Kovac, investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, desde donde se ha hecho el anuncio, y líder de la colaboración BICEP2, según informa Sinc.

Los resultados revolucionarios proceden de las observaciones efectuadas por el telescopio BICEP2 del fondo cósmico de microondas, el débil resplandor que dejó el Big Bang. Pequeñas fluctuaciones en este resplandor proporcionan pistas sobre las condiciones del universo temprano.

Por ejemplo, las pequeñas diferencias en la temperatura a través del mapa del cielo muestran qué partes del universo eran más densas y, finalmente, se podían condensar en galaxias y cúmulos galácticos.

Dado que el fondo cósmico de microondas es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta, incluida la polarización. Igual que en la Tierra la luz solar es dispersada por la atmósfera y se polariza, en el espacio el fondo cósmico de microondas fue dispersado por los átomos y los electrones, y se polarizó también.

Captura de un tipo de polarización

«Nuestro equipo cazó un tipo especial de polarización llamada ‘modos B’, lo que representa un patrón ondulado o ‘rizo’ en las orientaciones de polarización de la luz antigua», explica el también responsable del grupo Jamie Bock, de la institución Caltech-JPL.

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio a medida que viajan y esta compresión produce un patrón distinto en el fondo cósmico de microondas.

Estas ondas tienen una ‘lateralidad’, al igual que las ondas de luz, y pueden presentar polarizaciones diestras y zurdas.

«El patrón de modo B es una firma única de las ondas gravitacionales debido a su lateralidad. Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales en el cielo primordial», dice otro colíder del grupo, Chao -Lin Kuo, de Stanford-SLAC.

Ecos del Big Bang detectados en el Polo Sur revolucionan la física

Examen del cielo

El equipo examinó las escalas espaciales en el cielo abarcando aproximadamente de uno a cinco grados (dos a diez veces el ancho de la Luna llena) . Para hacer esto, viajaron al Polo Sur para aprovechar su aire frío y seco y estable.

«El Polo Sur es el más cercano desde donde se puede llegar al espacio y aun así estar en el suelo», comenta Kovac. «Es uno de los lugares más secos y más claros en la Tierra, por lo que es ideal para la observación de las microondas débiles del Big Bang».

Los científicos se sorprendieron al detectar una señal de polarización modo B considerablemente más fuerte que la que muchos cosmólogos esperaban. El equipo analizó sus datos durante más de tres años para descartar cualquier error. También descartaron que la presencia de polvo en nuestra galaxia pudiera haber producido el patrón observado, algo “altamente improbable”.

«Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar nos hemos encontrado con una barra de hierro», bromea el investigador de la Universidad de Minnesota Clem Pryke, otro de los coordinadores del trabajo.

El teórico Avi Loeb de Harvard valora el descubrimiento: «Este trabajo ofrece nuevas pistas sobre algunas de nuestras preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo? Estos resultados no solo son una pistola humeante [prueba irrefutable] de la inflación, sino que también nos dicen cuándo tuvo lugar y lo poderoso que fue el proceso».

Desde el anuncio de esta noticia, físicos de todo el mundo están deseando que los resultados, que aún no han sido publicados en una revista científica, se confirmen en observaciones independientes.

Una confirmación que podría ser revolucionaria

En este sentido, el astrofísico Scott Dodelson del Fermilab (EE UU) ha declarado en un artículo de Enrique Sacristán para Sinc que todavía no se puede confirmar al cien por cien que los resultados sean correctos y no se deban a algún artefacto técnico o estadístico, o que la señal pueda proceder de una fuente inesperada.

«La gente es escéptica, somos así, por lo que habrá que esperar a que otros instrumentos lo confirmen. Existen al menos media docena de experimentos que continúan buscando la polarización modo B, como SPTPol, un telescopio del Polo Sur, o ACTPol, desde el desierto chileno de Atacama. Sus datos concretarán o refutarán el hallazgo”.

La investigadora Olga Mena del Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universidad de Valencia) enumera otros proyectos competidores dedicados también a la detección de los modos B: ABS también en Atacama, POLARBEAR, el experimento E –otro tipo de polarización pero radial– y B (EBEX) y CLASS.

En España se prepara Quijote CMB‎ (del inglés Q-U-I JOint TEnerife CMB experiment) para 2015. Cualquiera de ellos podría ser el segundo en detectar el hallazgo, “y cuando ocurra será uno de los mayores descubrimientos en cosmología, sobre todo por confirmar inflación y la naturaleza cuántica del espacio tiempo”.

Pero si hay unos resultados que los físicos están deseando conocer son los del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA). El experimento de BICEP2 solo ha analizado un área del firmamento relativamente pequeña, pero Planck ofrecerá los datos de polarización para toda la esfera celeste.

Sus resultados podrían anunciarse en pocos meses, adelanta José L. F. Barbón, miembro del Instituto de Física Teórica (Universidad Autónoma de Madrid-CSIC). “De hecho, existe una cierta tensión entre las mediciones anteriores de Planck y las de BICEP2, así que hay que ser cautos hasta que el resultado sea confirmado por un segundo instrumento”.

Barbón explica la relevancia que tendría esta confirmación: “Lo verdaderamente importante es que el hallazgo coloca la energía de la inflación muy cerca de la escala de energía de la gravitación cuántica. Esto significa que, midiendo con mucha precisión las propiedades de estas ondas, podríamos acceder a información sobre la gravitación cuántica. Por eso este resultado cambiaría la física fundamental en un sentido histórico, así que vamos a cruzar los dedos para que se confirme”.

RedacciónT21

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