Las ondas gravitacionales primigenias resultaron ser polvo.

Satélite Planck y  la Radiación de Fondo de Microondas (RFM).

Satélite Planck y la Radiación de Fondo de Microondas (RFM).

El 17 de marzo del año pasado, científicos a cargo del telescopio Bicep2 localizado en el polo sur y encargado de estudiar las imágenes del fondo de polarización extragaláctica cósmica; anunciaron que posiblemente habían descubierto las marcas de las ondas gravitacionales primigenias, aquellas producidas a sólo una ínfima fracción de segundo, 10 /-34  segundos (un punto decimal, seguido de 33 ceros y un uno) después del Big Bang, cuando el universo comenzó a expandirse rápidamente y que vendrían a confirmar la Teoría de la inflación.

Estas elusivas ondas gravitacionales, serían las minúsculas perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo que los astrónomos creen que pudieron haberse creado durante la etapa inflacionaria del universo.

Estas perturbaciones deberían haber dejado una impronta en otra característica del cosmos, su polarización. Cuando las ondas de luz vibran en determinada dirección podemos decir que esa luz está polarizada. La radiación de fondo de microondas cósmicas (RFM) está polarizada, mostrando un intrincado patrón que surge de la combinación de dos modelos, uno circular y otro radial (conocidos como modos E) y otro patrón ondulado (modos B), estos últimos son los que podrían demostrar si realmente se produjo una inflación en el Universo primigenio.

El problema con el que se encuentran los investigadores, es que existen diversos fenómenos en el universo que pueden generar este tipo de patrones, sean modos E o B en diferentes escalas angulares, por lo que su identificación requiere de unas mediciones extremadamente precisas.

Unido a esto existen dos problemas más, el primero de ellos es que, los modos B que se buscan podrían estar escondidos en la polarización de la RFM, la cual sólo representa un diminuto porcentaje del total de la luz visible.

El segundo es que existe otro fuerte contrincante capaz de generar un efecto similar a los modos B, el polvo interestelar de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

La Vía Láctea está repleta de una mezcla de gas y polvo que brilla a una frecuencia similar a la de la RFM, esta luz, afecta la observación de la luz cósmica más antigua, lo que hace necesario que se realicen meticulosos análisis para separar la luz galáctica de la emitida por la RFM. Sumado a esto, el polvo interestelar también emite luz polarizada que a su vez afecta la polarización de la RFM.

Según lo explicó el profesor John Kovac, investigador en jefe del proyecto BICEP2 en la Universidad de Harvard, en Estados Unidos; cuando se detectaron por primera vez las supuestas señales de ondas gravitacionales, se confió en los modelos de emisiones de polvo galáctico que estaban disponibles en ese entonces, los cuales parecían indicar que la región del cielo escogida para las observaciones presentaba una menor polarización producto del polvo, por lo que se interpretó que la señal captada procedía de la RFM.

Pero ahora que se han publicado mapas más detallados de las emisiones de polvo polarizado de nuestra galaxia, resulta evidente que la presencia de polvo galáctico en la zona estudiada, era mayor que la esperada.

Al cotejar los resultados obtenidos tanto por el satélite Planck, diseñado para analizar las anisotropías de la RFM, como los del conjunto de telescopios Keck Array, diseñados para medir con gran precisión la polarización de la RFM y buscar señales de los modos B, con los que se obtuvieron en el BICEP2; se ha concluido que en los datos analizados en BICEP2 se subestimó la cantidad de polvo en la zona estudiada y por lo tanto las señales detectadas correspondían a la cantidad de polvo presente en esa región del espacio. Ya que al eliminar las señales producidas por el polvo galáctico, las señales de los modos B restantes, son tan pequeñas que no pueden ser consideradas como una detección de las tan buscadas ondas gravitacionales.

Visión del Planck del campo analizado por el Bicep2

Visión del Planck del campo analizado por el Bicep2

Lo anterior desde luego no quiere decir que no existan las ondas gravitacionales, sólo concluye que aún no han sido detectadas.

Aunque la confirmación de la ausencia del supuesto descubrimiento de estas ondas gravitacionales primigenias no sea lo que algunos esperaban, viene a confirmar algo que hace que la ciencia sea apasionante, y es la meticulosidad con que cada supuesto hallazgo es contrastado posteriormente garantizando así su fiabilidad, avanzamos poco a poco en el descubrimiento del origen del cosmos y con él nuestro propio origen, pero podemos estar seguros que lo hacemos a paso lento pero firme.

Fuente original:

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_gravitational_waves_remain_elusive

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Un poco más cerca de la Teoría del todo.

Historia del universo

El descubrimiento de que el universo se expandió mucho más rápido que la velocidad de la luz inmediatamente después del Big Bang, podría acercar a los físicos un poco más a su tan ansiada meta “La Teoría del Todo o Teoría Unificadora”.

El pasado 17 de marzo, un grupo de investigadores anunció el haber detectado la impronta de las ondas gravitacionales en el fondo de microondas cósmico, la antigua luz que surgió en el universo 380 000 años después del Big Bang.

Por lo que si se valida el importante hallazgo, se confirmaría la teoría de la inflación, la cual propone que el cosmos surgió de unas simples fluctuaciones cuánticas para dar lugar a algo de tamaño macroscópico, sólo unas pocas fracciones de segundos después de su nacimiento.

El descubrimiento también ofrece  a los investigadores una nueva ventana al reino de la física extrema, lo que permitirá acotar las ideas que se tienen del modelo de la inflación, a la vez ayudará potencialmente en la incesante búsqueda por concebir un marco teórico que pueda explicar todos los aspectos del universo, según afirma Avi Loeb, físico teórico de la Universidad de Harvard, aunque esto llevará su tiempo.

Explicando el universo

Los físicos se basan en dos diferentes teorías para explicar el universo, la teoría de la relatividad general de Einstein, la cual describe el comportamiento de súper estructuras como estrellas o galaxias, y la mecánica cuántica, la cual trabaja muy bien a nivel subatómico.

Juntas, los dos teorías abarcan las cuatro fuerzas fundamentales del universo; la relatividad general explica la gravedad; mientras que la mecánica cuántica se enfoca en la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y el electromagnetismo.

Pero las dos teorías son inherentemente incompatibles, a excepción de sitios con condiciones tan extremas como el interior de un agujero negro, o los instantes inmediatamente posteriores al Big Bang.  Es por ello que los físicos anhelan el encontrar una única teoría que compagine las cuatro fuerzas fundamentales y que trabaje en todos los niveles y condiciones.

Una de las principales candidatas para ser la Teoría del todo, es la teoría de cuerdas, que sostiene que todas las partículas fundamentales que existen en el universo son en realidad  objetos vibrantes unidimensionales, y según afirma el profesor Loeb, el descubrimiento de las ondas gravitacionales podría ayudar a afinar esta idea.   Por ejemplo, muchos físicos teóricos han predicho una versión de “baja energía” para la inflación que no es capaz de originar ondas gravitacionales, pero dado que con este descubrimiento esos modelos han quedado descartados, los físicos que trabajan en la teoría de cuerdas tienen que regresar a la mesa de trabajo y hacer nuevos modelos que sean compatibles con los  nuevos datos.

Física extrema

El nivel de  energía presente durante la inflación pudo ser del orden de  10^16 electronvoltios, aproximadamente 1 billón de veces más fuerte que la toda la energía generada en el más poderoso acelerador de partículas terrestre, el Gran Acelerador de Partículas.  A estos niveles de energía, según afirman los investigadores, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo, probablemente estuvieran fusionadas.

El descubrimiento de las ondas gravitacionales, es de fundamental importancia tanto para la física como para la cosmología, puesto que los investigadores no pueden realizar este tipo de experimentos en sus laboratorios dado la extraordinaria cantidad de energía necesaria, así que lo mejor que pueden hacer, es basarse en las pistas que nos ofrece el universo acerca de lo que ocurre cuando se concentran semejantes niveles de energía.

Las ondas gravitacionales primigenias ofrecen a los científicos una forma de asomarse al pasado como nunca antes lo habían hecho, es decir, una billonésima de una billonésima de una billonésima fracción de segundo después del Big Bang.

Mientras que el nuevo descubrimiento supone un punto de inflexión en nuestro entendimiento del universo, los físicos que trabajan en la Teoría del todo, les encantaría mirar un poco más atrás, hasta el primer momento de todo, la época Planck, en la que cree que estaban unificadas las cuatro fuerzas fundamentales.

Los científicos están construyendo una imagen del universo cada vez más precisa, pero aún queda mucho por aprender.  Por ejemplo como apunta Loeb, los investigadores desconocen qué era la substancia que impulsó la inflación, conocida como “inflatón”, y también desconocen la información básica de la misteriosa materia oscura y la energía oscura, las cuales en conjunto componen el 96% del universo.

Aunque estamos observando las primeras etapas del cosmos, donde se encuentran los constituyentes necesarios para explicar los datos que tenemos del universo, no sabemos lo que realmente son, según Loeb, aunque hay algunas islas de conocimiento, están rodeadas por un océano de ignorancia.

Aun así, el profesor cree que la Teoría del todo podría surgir eventualmente, siempre y cuando se continúen realizando observaciones tan relevantes como ésta que guíen el pensamiento de los teóricos.

Ya que como bien afirma Loeb, sólo pensando en ello de forma abstracta, como se ha venido haciendo en las últimas décadas, se llega muchas posibilidades matemáticas,  lo que impide dar con una única teoría que describa toda la realidad.

http://www.space.com/25159-gravitational-waves-theory-of-everything.html

Las ondas gravitacionales primigenias respaldan la teoría de la inflación cósmica.

Inflación Cósmica

A principios de esta semana se anunció la detección del débil eco del Big Bang por científicos del telescopio BICEP2 localizado en el Polo Norte, lo que nos ofrece la primera evidencia contundente de la inflación cósmica, cuando el universo pasó de ser un diminuto punto a una densa bola con más de 1090 partículas de forma casi instantánea.

Inflación vrs explosión

La teoría de la inflación cósmica fue propuesta por primera vez en 1980 por el físico Alan Guth, y como según él mismo lo explicó en una entrevista para el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde actualmente es profesor de física, esta teoría describe el mecanismo de propulsión que llevó al universo a un periodo de tremenda expansión conocido como el Big Bang.

Sin embargo, como explicó el profesor Guth, la teoría del Big Bang no describe cómo se produjo el gran estallido, sino lo que sucedió después, cuando el universo ya era caliente y denso, y se estaba expandiendo a gran velocidad; describe cómo el universo se fue enfriando por la expansión, y cómo la expansión fue desacelerándose por la fuerza de atracción de la gravedad.

El profesor Guth, con su teoría de la inflación propone que la expansión del universo se produjo por una forma de gravedad que contraria a la fuerza de gravedad convencional, presentaba una fuerza repelente.

La gravedad no siempre atrae

Según Newton, la gravedad es básicamente una fuerza de atracción, pero esto cambió cuando Einstein propuso la teoría de la relatividad general, que describe a la gravedad como una distorsión del espacio-tiempo,  y que permite la posibilidad de una fuerza de gravedad repulsiva.

Las modernas teorías de partículas sugieren que en condiciones de energía extrema, deben existir formas de materia capaces de crear fuerza de gravedad repulsiva.  Y la teoría de la inflación a su vez propone que al menos una pequeña área del universo temprano, estaba lleno de este material de gravedad repulsiva.

El primer espacio creado debió de ser increíblemente pequeño, tal vez de sólo 10-24  centímetros, 100 mil millones de veces más pequeño que un protón.  Este diminuto espacio comenzó a expandirse exponencialmente por la influencia de la gravedad repulsiva, doblando su tamaño cada 10-37 segundos, y para comenzar a tener las características de nuestro universo visible, debió de duplicar su tamaño al menos 80 veces, hasta alcanzar un centímetro de diámetro.

Durante el periodo de expansión exponencial, la materia ordinaria comenzó a dispersarse al disminuirse su densidad casi por completo.  Sin embargo, no sucedió lo mismo con la gravedad repulsiva que puede mantener una densidad consistente mientras se expande, ¡no importa cuánto se expanda!.  Aunque ciertamente esto es una evidente violación al principio de la conservación de la energía, esta particularidad depende de una peculiar cualidad de la gravedad, y es que la energía de un campo gravitatorio es negativa.

Mientras un área se expande con una densidad constante, se crea más y más energía en forma de materia.  Pero al mismo tiempo, más y más energía negativa aparece en forma de campo gravitacional, llenado esa región del espacio, lo que hace que la energía total permanezca constante.

Según el profesor Guth, es posible que la energía total del universo sea exactamente cero, ya que la energía positiva de la materia es cancelada por la energía negativa de la gravedad.

En algún momento la inflación se detuvo, porque el material de gravedad repulsiva se volvió altamente inestable y se comenzó a descomponer en partículas ordinarias, produciendo una especie de sopa hirviente de partículas que forman el punto desde donde comienza el Big Bang; pero aunque la gravedad repulsiva se haya apagado, el universo continuará expandiéndose durante los próximos miles de millones de años consecuencia de la energía residual de la gravedad repulsiva.

Por lo tanto, la inflación es una precuela de la era a la que los cosmólogos llaman el Big Bang, aunque desde luego esto ocurrió después del origen del universo, que también suele ser llamado el Big Bang.

Evolución del universo

Evolución del universo

El universo no se originó con una explosión, ya que una explosión ordinaria presumiblemente hubiese dejado un universo muy manchado e irregular y el universo temprano, por lo que los científicos pueden observar a través del destello de la radiación de fondo de microondas cósmicas (CMB) era increíblemente uniforme, con una densidad de masa constante cerca de una parte por cada 100 000.

Las pequeñas zonas no uniformes que existieron fueron ampliadas por la gravedad, en los sitios donde la densidad era ligeramente más alta que la media, se produjo un campo gravitacional más fuerte que el promedio, el cual jaló a más materia, creando un campo gravitatorio aún mayor.

Y fueron precisamente esas zonas de no uniformidad remanentes de la inflación, lo que posteriormente  y según la teoría cuántica, dio origen a la formación de las galaxias, las estrellas y toda la estructura del universo.

Cuando la nada se convierte en algo

La teoría del campo cuántico, sugiere que a escalas de distancia muy corta, todo está en estado de constante agitación.  Si pudiésemos observar el espacio vacío con una enorme y poderosísima lupa, podríamos ver el campo eléctrico y magnético sometidos a fuertes oscilaciones, en donde los electrones y los positrones surgen del vacío para luego desaparecer rápidamente;  y fue el efecto de la inflación con su fantástica expansión lo que produjo el estiramiento de esas fluctuaciones cuánticas a proporciones macrocósmicas, dejando una impronta en el tejido del universo conocida como ondas gravitacionales primigenias.

El estiramiento producido por la inflación también incide sobre la geometría del espacio mismo, el cual acorde a la teoría de la relatividad general, es flexible, puede ser comprimido, estirado e incluso retorcido.  La geometría del espacio también fluctúa a pequeña escala, debido a física de la teoría cuántica, y la inflación también estira esas fluctuaciones, produciendo las ondas gravitacionales en el universo temprano.

Este nuevo hallazgo, es una medición de estas ondas gravitacionales con un gran nivel de certeza.  Pese a no ver las ondas directamente, los científicos han sido capaces de construir un mapa detallado de la polarización de la radiación de fondo de microondas cósmicas en un área del cielo y han observado un patrón de turbulencia en la polarización llamado modos-B.

El patrón de polarización de la radiación de fondo de microondas (CMB), se descompone en dos componentes, los modos-E, en analogía al campo electrostático, y los modos-B, en alusión al campo magnético.

Aunque los cosmólogos creen que existen dos tipos de modos-B, unos consistentes con la inflación y las ondas gravitacionales del universo temprano; y otros generados por la influencia de los lentes gravitaciones en el universo reciente, hay razones para creer que los modos-B  detectados fueron producidos durante el proceso de inflación del universo, esto porque las ondas gravitacionales primigenias tienden a estar en escalas angulares más grandes, lo que ha permitido a los científicos del BICEP2 el diferenciarlas de aquellas  producidas por los lentes gravitacionales en el universo reciente.

Importancia del hallazgo

Esta es la primera vez que se detectan indicios de las ondas gravitacionales, y también es la primera vez que se observan las propiedades cuánticas de la gravedad.

La importancia de este hallazgo es enorme, primero porque ayuda a confirmar la teoría de la inflación, porque por lo que hasta ahora sabemos, sólo la inflación es capaz de producir este tipo de ondas gravitacionales; segundo, nos puede decir detalles de la inflación que aún no sabemos. En particular la densidad energética del universo al momento de la inflación, lo cual es algo que hasta entonces tenía un amplio rango de posibilidades y al determinar la densidad energética del universo al momento de la inflación, se podrá precisar cuál de todas las teorías de la inflación es la correcta.

Este descubrimiento no es el final de la historia, ya que abre una nueva ventana para comprender mejor el cosmos.  Ahora que se han hallado los modos-B, tanto el BICEP2 como otros colaboradores podrán estudiarlos, y esto nos dará una nueva herramienta para estudiar el comportamiento del universo temprano, incluyendo el proceso de la inflación.

Aunque el profesor Guth nos recuerda que, como en todo experimento científico, aún debemos esperar para que otros grupos de científicos confirmen el hallazgo antes de darlo por válido, sin embargo el grupo de científicos que ha trabajo en su detección, ha sido extremadamente cuidadoso, y el resultado parece ser bastante nítido, por lo que es probable que se llegue a validar.

Científicos estadounidenses escuchan por primera vez el eco de Big Bang

Ondas gravitacionales

Según se ha confirmado  en una rueda de presa ofrecida por el Centro Harvard-Smithsonian para la Astrofísica.

 Ondas gravitacionales primigenias, el santo grial de la cosmología

Las ondas gravitacionales primigenias, son el eco del Big Bang por el cual nació el Universo hace 13 800 millones de años.  Son la única predicción de la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein que aún no se había podido demostrar.  Se trata de unas minúsculas ondas en el tejido del universo que llevan energía a través del espacio, similares a las olas que cruzan el océano.

El descubrimiento de estas ondas podrá ofrecer a los científicos un primer vistazo de cómo fue creado el Universo, su descubrimiento supone un hito para la ciencia, por lo que evidencia convincente de su existencia podría llevar a ganar un premio Nobel.

Según la teoría, las ondas gravitacionales primigenias, nos dirán sobre el primer infinitesimal momento de la historia del universo.

Teoría del Inflación

Los cosmólogos creen que a los 10 /-34  segundos (un punto decimal, seguido de 33 ceros y un uno) después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse rápidamente.   A esto se le conoce como Teoría de la Inflación, y ha sido ideada para explicar porqué el universo es extraordinariamente uniforme,  y las ondas gravitacionales primigenias constituyen la prueba más cercana que podríamos tener de que esto sucedió.  Los cosmólogos creen que sólo la inflación pudo amplificar las ondas gravitacionales primigenias en señales detectables.

Ondas gravitacionales primordiales

Ondas gravitacionales primordiales

Estas ondas  nos dirán lo que sucedió cuando el universo sólo tenía 10/-34 segundos de existencia.  Pero el extraer estas señales es una tarea tremendamente complicada, las microondas que las  transportan deben cruzar todo el universo antes de llegar a la Tierra, y durante ese viaje son distorsionadas por los cúmulos de galaxias con los que se encuentran.

Según el astrónomo Duncan Hanson, de la Universidad de McGill en Montreal, Cadaná, es como mirar al universo a través de una burbuja de vidrio, primero debe eliminarse de forma convincente toda esa distorsión.

El telescopio BICEP, escanea el cielo en búsqueda de la radiación cósmica de fondo, la energía remanente del Big Bang.

El telescopio BICEP, escanea el cielo en búsqueda de la radiación cósmica de fondo, la energía remanente del Big Bang.

La señal de estas elusivas ondas, fue descubierta usando un telescopio especializado llamado Bicep2 por sus siglas en inglés (Background Imaging of Comisc Extragalactic Polarization) algo así como Imágenes del fondo de polarización extragaláctica cósmica; localizado en el polo sur.  Este telescopio escanea el cielo en busca de frecuencias de microondas, de donde recoger la energía fósil del Big Bang.  Por décadas los astrónomos han pensado que la marca de las ondas gravitacionales primigenias podrían estar impresas en esta radiación.

La confirmación de este fascinante descubrimiento acaba de hacerse pública hace un momento.

ACTUALIZACIÓN A 1 DE FEBRERO DE 2014:  Las ondas gravitacionales primigenias, resultaron ser polvo de nuestra propia galaxia.