16 de diciembre de 2008

Interpretando la asimetría en el Universo temprano

Imagen: NASA/WMAP Science Team

Se considera ampliamente que el Big Bang ha borrado cualquier rastro de lo que ocurrió antes de él. Ahora, astrofísicos del Instituto Tecnológico de California (Caltech) creen que su nueva interpretación teórica de una huella de las primeras etapas del Universo también puede arrojar luz sobre lo que pasó antes.

"Ya no es más completamente loco preguntar qué ocurrió antes del Big Bang", comenta Marc Kamionkowski, Profesor Robinson de Física Teórica y Astrofísica del Caltech. Kamionkowski junto a la estudiante graduada Adrienne Erickcek y al investigador asociado en Física Sean Carroll, propone un modelo matemático para explicar una anomalía en lo que se supone que es un Universo con la radiación y la materia distribuidas uniformemente.

Sus investigaciones giran sobre un fenómeno llamado inflación propuesto, por primera vez, en 1980, que postula que el espacio se expandió exponencialmente en el instante siguiente al Big Bang. "La inflación comienza el universo con una pizarra en blanco", describe Erickcek. El obstáculo de la inflación, sin embargo, es que el Universo no es tan uniforme como lo predice la forma más sencilla de la teoría. Algunas partes de él son más intensamente variadas que otras.

Hasta hace poco, las mediciones de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), una forma de radiación electromagnética que atravesó al Universo 400.000 años después del Big Bang, era consistente con la inflación - las minúsculas fluctuaciones en la CMB parecían ser las mismas en todas partes. Pero hace unos años, algunos investigadores, entre ellos un grupo dirigido por Krzysztof Gorski del Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL) de la NASA, que es administrado por el Caltech, examinó los datos de la Sonda de la Anisotropía de las Microondas Wilkinson WMAP, de la NASA. Ellos descubrieron que la amplitud de las fluctuaciones en la CMB no es la misma en todas las direcciones.

"Si sus ojos midiesen radiofrecuencias, verían todo el cielo brillante. Esto es lo que ve WMAP", describe Kamionkowksi. WMAP representa a la CMB como un brillo remanente de la luz de poco después del Big Bang que ha decaído a radiación de microondas a medida que el Universo se expandió, en los últimos 13.700 millones de años. La sonda también revela manchas en la CMB - desviaciones del valor medio - más pronunciadas en una mitad del cielo que en la otra.

"Es una anomalía certificada", recalca Kamionkowski. "Sin embargo, dado que la inflación se lleva bien con casi todo lo demás, parece prematuro descartar la teoría". En lugar de ello, el equipo trabajó con la teoría en sus matemáticas para abordar la asimetría.

Comenzaron por probar si el valor de un único campo de energía que se cree que ha impulsado la inflación, el llamado 'inflatón', era diferente de un lado del Universo respecto al otro. No funcionó - se dieron cuenta que si cambiaban el valor medio del inflatón, la temperatura media y la amplitud de las variaciones de energía en el espacio también cambiaban. Por lo tanto, exploraron un segundo campo de energía, el llamado 'curvatón', que había sido propuesto anteriormente para dar cuenta de las fluctuaciones observadas en la CMB. Ellos introdujeron una perturbación al campo curvatón que resultó afectar sólo la forma en que la temperatura varía de punto a punto a través del espacio, mientras se conserva su valor medio.

El nuevo modelo predice frío en lugar de los puntos calientes de la CMB, dice Kamionkowski. Erickcek añade que a esta predicción la pondrá a prueba el satélite Planck, una misión internacional encabezada por la Agencia Espacial Europea con importantes contribuciones de la NASA, con lanzamiento previsto para abril de 2009.

Para Erickcek, los hallazgos del equipo son la clave para comprender más acerca de la inflación. "La inflación es una descripción de cómo el Universo se expandió", añade. "Sus predicciones se han verificado, pero ¿qué la produjo y por cuánto tiempo? Ésta es una manera de mirar a lo que sucedió durante la inflación, que tiene una gran cantidad de espacios en blanco esperando a ser llenados."

Sin embargo, la perturbación que los investigadores introdujeron también puede ofrecer el primer vistazo a lo que ocurrió antes del Big Bang, porque podría ser una impronta heredada de la época anterior de la inflación. "Todas las cosas están ocultas por un velo, observacionalmente", dice Kamionkowski. "Si nuestro modelo se sostiene, es posible que haya una oportunidad de ver más allá de este velo".

El estudio aparece en la edición del 16 de diciembre de 2008 de la revista Physical Review D.

(jg) (mg)

Más información en:
http://mr.caltech.edu/