jueves, julio 10, 2014

Ya teníamos pruebas de la inflación cosmológica antes del BICEP2

En los últimos meses han corrido ríos de tinta sobre la inflación cosmológica. El culpable de ello ha sido el experimento observacional BICEP2, según el cual se habrían encontrado la impronta que las ondas gravitatorias generadas por la inflación habrían dejado en el fondo cósmico de microondas. Aunque bien es cierto que los resultados se han puesto en entredicho por la comunidad científica, por lo que a día de hoy, no podemos concluir que tengamos la prueba de la existencia de dichas ondas gravitatorias. Por el momento toca ser pacientes y esperar, con una buena dosis de escepticismo, a mejores análisis de la señal, así como a los datos que pueda aportar la misión Planck al respecto, los cuales pueden ser cruciales.

El caso es que, en los medios de comunicación, cada vez que se hablaba de los resultados del BICEP2, se tendía a decir que era la primera evidencia de la inflación cosmológica, y esto es un error, puesto que ya tenemos evidencias de que la inflación tuvo lugar.

La forma más sencilla de hablar de la inflación, sin meternos en terrenos pantanosos y extremadamente complejos, es hablar de que el Universo al principio experimentó una expansión exponencial. Dicho de otro modo, su tamaño creció de forma vertiginosa en una fracción de tiempo inimaginablemente pequeña. Estamos hablando de unos 10-32 segundos, de ahí el adjetivo “inimaginable”, al menos, para quien esto escribe, es un lapso tan breve de tiempo que no puedo imaginarlo.

Las pruebas de la inflación se encuentran en las características de la radiación de fondo, una radiación que permea todo el universo y que está presente miremos hacia donde miremos. Esta radiación debe sus características a los procesos físicos que sucedieron antes de que fuera “generada”, y es a través de ella cómo desde hace años sabemos que la inflación probablemente tuvo lugar.

Si observamos el universo, vemos que está lleno de estructuras, galaxias, cúmulos de galaxias, etc. La materia está apelotonada en estas estructuras y, por lo tanto, en algún momento del pasado debieron formarse las semillas primigenias de las cuales, con el paso del tiempo y el trabajo principalmente de la gravedad, se formaron las estructuras que vemos hoy en día. El fondo cósmico de microondas se formó cuando el universo tenía tan solo unos 380.000 años, y ya llevaba impreso la huella de esas semillas de la estructura del cosmos. Y precisamente esa huella de los orígenes de las estructuras actuales se debería al proceso que hemos dado en llamar inflación cosmológica.

Al principio en el Universo existían pequeñas fluctuaciones cuánticas en su estructura, dicho de otro modo no era perfectamente homogéneo. Estas pequeñísimas diferencias sufrieron el proceso de inflación que, como hemos mencionado más arriba, consistió básicamente en hacer que el Universo crecía de tamaño exponencialmente, por lo tanto, esas diminutas variaciones se vieron incrementadas en su tamaño, dando lugar a las semillas de las estructuras del universo actual.

Image Credits: ESA and the Planck Collaboration
Los tonos cálidos son fotones menos 
energéticos

En la radiación de fondo se recogen esas variaciones respecto a la homogeneidad perfecta. Como sabemos, la radiación está compuesta de fotones, estos fotones pueden tener una determinada cantidad de energía, que es igual al producto de la frecuencia asociada a los mismos (recordemos que toda partícula es una onda y viceversa) y la constante de planck. Ahora bien, como hemos mencionado, esas pequeñísimas fluctuaciones cuánticas presentes en los inicios del universo fueron agrandadas por la inflación, por lo tanto, a la hora en la que se formó la radiación de fondo, teníamos zonas donde había más concentración de materia que en otras. Los fotones del fondo cósmico que intentaran salir de esas zonas tenían que luchar con la mayor gravedad de esas zonas, perdiendo algo de energía en esa lucha por abandonar esas regiones y, por lo tanto, convirtiendose en fotones algo menos energéticos que los que salían de regiones con menos concentración de masa. Observando en la radiación de fondo esa diferencia de energía entre unos fotones y otros es cómo podemos deducir la existencia de esas estructuras primigenias, fruto de la brutal expansión del universo causada por la inflación.

Esta ya se había detectado con distintos observatorios. Los más famosos y recientes son las sondas COBE, WMAP y Planck, así pues, ya teníamos evidencias de que la inflación tuvo lugar. La supuesta detección de ondas gravitatorias producidas por la inflación será, de confirmarse, una evidencia independiente de la inflación, pero no es la primera prueba que tenemos de que la inflación tuvo lugar.
Evolución de las estructuras en el Universo
Image credits:ESA – C. Carreau

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