Hace unos 13.800 millones de años, justo antes del Big Bang, el enorme universo lleno de galaxias que conocemos hoy estaba contenido dentro de un punto pequeño, denso y extremadamente caliente. De repente, comenzó a expandirse rápidamente más rápido que la velocidad de la luz en una explosión cataclísmica. El universo creció de un tamaño subatómico al de una pelota de golf en una fracción de segundo incomprensiblemente corta.
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Este primer instante de expansión, conocido como inflación cósmica, explica por qué el universo es relativamente uniforme (las galaxias que se formaron a medida que el universo se enfriaba, por ejemplo, parecen estar dispersas de manera uniforme hasta donde el telescopio puede ver) y también explica las semillas de densidad eso dio lugar a la estructura del universo.
Es una buena historia, pero durante décadas después de que los físicos lo propusieron, nuestra evidencia ha sido limitada. Nuestro principal medio para estudiar el Big Bang, la débil radiación que queda de la explosión llamada fondo cósmico de microondas (CMB), data de unos 380, 000 años después, en lugar del momento mismo.
Una nueva evidencia significativa surgió esta mañana, cuando un grupo de científicos liderados por el astrónomo John Kovac del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica anunció que habían encontrado evidencia indirecta de ondas gravitacionales, pequeñas distorsiones en el campo gravitacional del universo, que eran desatado durante la inflación, una pequeña fracción de segundo después del Big Bang. Si el hallazgo es correcto, las olas sirven como confirmación de la inflación.
"La inflación es la 'explosión' del Big Bang", dice el físico teórico Alan Guth, quien propuso la teoría de la inflación cósmica en 1979. "Es el mecanismo que hizo que el universo ingresara en este período de expansión gigantesca".
Varios físicos que no participaron en la investigación han tenido la oportunidad de evaluar los datos en bruto, y están de acuerdo con el análisis. "Es muy, muy probable que esto sea real", dice Avi Loeb, físico teórico del Centro Harvard-Smithsonian, y señala que los investigadores pasaron tres años analizando los datos para eliminar cualquier posibilidad de error.
Robert W. Wilson, quien compartió el Premio Nobel de física de 1978 por su descubrimiento del fondo cósmico de microondas, está de acuerdo y cree que si se confirma, es casi seguro que el trabajo obtenga un Premio Nobel. Loeb dice que el hallazgo sería uno de los descubrimientos físicos más importantes de los últimos 15 años, más grande que el descubrimiento del bosón de Higgs.
Durante la inflación, que se muestra en el extremo izquierdo, el universo se expandió en muchos órdenes de magnitud en una fracción de segundo. (Imagen a través de la NASA) La teoría de la inflación predice la presencia de ondas gravitacionales detectables, a menudo denominadas "ondas en la estructura del espacio-tiempo". Las fluctuaciones preexistentes en la fuerza de la gravedad a escala microscópica, dice Guth, habrían sido estiradas por la inflación, produciendo ondas macroscópicas.
La naturaleza exacta de las olas depende del momento preciso en que ocurrió la inflación. "Esta detección no solo indica que la inflación tuvo lugar", dice Loeb, "sino que también nos dice cuándo tuvo lugar": 10 -34 (un punto decimal seguido de 33 ceros y luego uno) segundos después del inicio del Big Explosión.
El grupo de investigación, que también incluía a Clement Pryke de la Universidad de Minnesota, Jamie Bock de Caltech y Chao-Lin Kuo de Stanford, no encontraron ondas gravitacionales, sino evidencia indirecta de ellas, en forma de un patrón especial de polarización causada por las ondas en el fondo cósmico de microondas. "Nuestro equipo buscó un tipo especial de polarización llamada modos B, que representa un patrón de torsión o curvatura en las orientaciones polarizadas de la luz antigua", dijo Bock en un comunicado de prensa.
Los investigadores recolectaron estos datos utilizando el telescopio BICEP2, estacionado en la Antártida, donde el aire frío y seco limita la interferencia de la atmósfera de la Tierra en la débil señal de fondo cósmico de microondas. BICEP2 es uno de los conjuntos de telescopios idénticos que buscan esta firma, llamada Keck Array. También está el Telescopio del Polo Sur adyacente, que informó datos que indicaron la presencia de polarización en modo B en el CMB el verano pasado. Sin embargo, ese instrumento no fue diseñado para detectar la polarización a la escala producida por las ondas gravitacionales, por lo que probablemente fue el resultado de la interferencia de galaxias distantes por las que pasó el CMB antes de llegar a la Tierra.
El Telescopio BICEP-2 (el plato blanco a la derecha), junto con el Telescopio del Polo Sur (a la izquierda). (Imagen a través del Proyecto BICEP-2) Todavía no está del todo claro que el equipo BICEP2 haya detectado una polarización en modo B que, de hecho, es una prueba definitiva de las ondas gravitacionales. Se necesitará una confirmación adicional de los datos recopilados por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (que está observando el fondo cósmico de microondas en un ángulo mucho más amplio), que se publicará al final del verano.
Sin embargo, de ser cierto, el hallazgo contribuiría en gran medida a ratificar la teoría de la inflación. "La presencia de esta polarización, inducida por las ondas de gravedad, es la última gran predicción de la inflación", dice Wilson. "Le da cada vez más confianza de que este es realmente el escenario correcto".
También reflejaría algo realmente asombroso: la evidencia más antigua que tenemos de absolutamente cualquier cosa.
"No se puede utilizar el fondo cósmico de microondas para descubrir lo que sucedió en el universo temprano y temprano", dice Loeb. Durante los primeros 380, 000 años, las ondas electromagnéticas que componen el CMB no pudieron pasar libremente por el espacio. "Si podemos observar las ondas gravitacionales, podemos retroceder hasta casi el principio".
