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Pero las ondas gravitatorias pueden ser una sonda para estudiar los inicios del universo más sensible de lo que se pensaba.

Un equipo de investigadores de la Universidad Case Western Reserve ha encontrado que la radiación gravitatoria — ampliamente aceptada por proporcionar una prueba irrefutable para una teoría del inicio del universo conocida como “inflación” – puede ser producida por otro mecanismo.

De acuerdo con los eruditos de la física, la teoría de la inflación propone que el universo pasó por un periodo de expansión exponencial justo tras el Big Bang. Una predicción clave de la teoría de la inflación es la presencia de un espectro particular de “radiación gravitatoria” — ondas en el tejido del espacio-tiempo que son notoriamente difíciles de detectar, pero sin embargo se cree que existen.

“Si vemos un fondo de onda gravitatoria primordial, no podremos decir por más tiempo que se debió a la inflación”, dijo Lawrence Krauss, Profesor Ambrose Swasey de Física y Astronomía en Case Western Reserve.

Al mismo tiempo, los investigadores encontraron que las ondas gravitatorias son una sonda mucho más sensible de lo que antes se pensaba para la nueva física cerca de las mayores escalas de energía que es de interés para los físicos de partículas. De esta forma su trabajo proporciona una fuerte motivación para la búsqueda actual para detectar la radiación gravitatoria primordial.

Krauss, junto con sus colegas de Case Western Reserve, Katherine Jones-Smith, estudiante graduada, y Harsh Mathur, profesor asociado de física, presentan sus coclusiones en un artículo “Nearly Scale Invariant Spectrum of Gravitational Radiation from Global Phase Transitions (Espectro casi invariante en escala de radiación gravitatoria de las transiciones de fase globales)” publicado en Physical Review Letters este mes.

La teoría de la inflación surgió en los años 80 como una forma de explicar algunas características del universo que habían desconcertado a los astrónomos tales como por qué el universo es prácticamente plano y por qué es tan uniforme. Hoy, la inflación sigue siendo la mejor forma de comprender de forma teórica muchos aspectos del inicio del universo, pero la mayoría de sus predicciones son tan maleables que la consistencia con las observaciones no puede ser considerada como una confirmación precisa.

Aquí entra en juego la radiación gravitatoria — la predicción clave de la teoría de la inflación es la presencia de un espectro de radiación gravitatoria. La detección de este espectro se ha considerado entre los físicos como una prueba irrefutable de que la inflación tuvo lugar hace miles de millones de años.

En 1992 Krauss, entonces en Yale, argumentó que otro mecanismo además de la inflación podría haber dado lugar a exactamente el mismo espectro de radiación gravitatoria que se predice en la inflación. El argumento dado por Krauss en 1992 proporcionó una estimación aproximada del espectro.

El año pasado Krauss se unió a sus colegas de Case Western Reserve, Jones-Smith, estudiante graduada de física, y Mathur, profesor asociado de física, para hacer un cálculo más completo. Encontraron que los cálculos exactos predicen que la señal será mucho más potente que la aproximación estimada.

Describiendo sus resultados, dijo Krauss, “Es impactante y sorprendente cuando encuentras que la respuesta es 10 000 veces mayor de la aproximación estimada y podría posiblemente producir una señal que simule el tipo producido por la inflación”.

La radiación gravitatoria es una predicción de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. De acuerdo con la teoría, cada vez que una gran cantidad de masa o energía se desplaza, perturba el espacio-tiempo a su alrededor y surgen ondas en la región de desplazamiento de la masa/energía.

Estas ondas del espacio-tiempo, conocidas como radiación gravitatoria, son imperceptibles a escala humana, pero son altamente sensibles a experimentos (tales como el Observatorio de Ondas Gravitatorias de Interferómetro Láser (LIGO) en Livingston) que están diseñados con precisión para buscar tal radiación y que son la única esperanza de detectarlos de forma directa.

Sin embargo, la radiación gravitatoria de los inicios del universo puede también detectarse indirectamente a través de su efecto en la radiación del fondo de microondas cósmico (CMB) (una radiación reliquia del Big Bang que impregna todo el espacio). La radiación del CMB se polarizaría en presencia de la radiación gravitatoria. Detectar tal luz polarizada es la misión de un experimento de satélite (Planck) previsto para su lanzamiento en 2009.

La radiación gravitatoria producida por la inflación o por el otro mecanismo propuesto por Jones-Smith, Krauss y Mathur se imprimiría él mismo en el CMB y sería detectado como polarización. Hasta ahora estaba ampliamente aceptado que la detección de luz polarizada procedente del CMB era una prueba irrefutable para la teoría de la inflación. Pero con la publicación del reciente artículo en Physical Review Letters, Krauss y sus colaboradores han planteado la cuestión de si la luz polarizada puede ser asociada de forma incontestable a la inflación.

El mecanismo propuesto por Krauss y sus colaboradores invoca un fenómeno llamada “ruptura de simetría” que es una parte central de todas las teorías de la física fundamental de partículas, incluyendo el llamado Modelo Estándar que describe las tres fuerzas no gravitatoria que se sabe que existen. Aquí, un “campo escalar” (similar a un campo eléctrico o magnético) se alinea conforme el universo se expande. Pero conforme el universo se expande sobre la región en la que el campo está alineado entra en contacto con otras regiones en las que el campo tiene un alineamiento distinto. Cuando esto sucede en campo se relaja en un estado donde está alineado a lo largo de toda la región global y en el proceso de relajación emite radiación gravitatoria.