Estudiando el lado oscuro del universo

Ondas gravitatoriasEl avance hacia la próxima frontera de la astrofísica y la cosmología depende de nuestra capacidad de detectar la presencia de un tipo particular de onda en el espacio, una onda gravitatoria primordial. De forma similar a una ola en la superficie de un estanque, estas ondas estiran el propio tejido del espacio-tiempo cuando pasan por él. De detectarse, estas débiles y esquivas ondas podrían proporcionar una visión sin precedentes de los primeros momentos del universo. En un artículo que aparece en el ejemplar del 21 de mayo de la revista Science, el físico teórico y cosmólogo de la Universidad Estatal de Arizona (ASU)  Lawrence Krauss e investigadores de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Fermi exploran el método de detección más probable para estas ondas, con el examen de la radiación de microondas cósmicas (CMB) como método favorito.

Durante el siglo pasado, la astronomía se ha visto revolucionada por el uso de nuevos métodos de observación del universo, pero aún hoy se desconoce el origen de la energía y materia oscura. La respuesta a estos y otros misterios puede requerir que estudiemos los primeros momento de la expansión del Big Bang. Preguntas sobre los orígenes tales como ‘¿cómo empezó el universo?’, provocan fascinación y son la vanguardia del Proyecto Orígenes de la ASU, que dirige Krauss.

“Antes del periodo de 380 000 años tras el Big Bang, el universo era opaco a la radiación electromagnética”, explica Krauss, profesor en la Escuela de la Tierra y Exploración Espacial y del Departamento de Física en la Facultad de Ciencias y Artes Liberales de la ASU. “Por lo que, para explorar momentos anteriores tenemos que buscar otras cosas observables fuera del espectro electromagnético. Las ondas gravitatorias interactúan muy débilmente con la materia, y dado que se produjeron ondas gravitatorias casi en el inicio del tiempo, pueden llegar hasta nosotros casi sin impedimentos, proporcionando una nueva forma potencial de estudiar la cosmología de los inicios del universo”.

En 1916, Albert Einstein predijo la existencia de las ondas gravitatorias. Basándose en su Teoría de la Relatividad General, los objetos provocan que el espacio se curve a su alrededor. Cuando se mueven grandes masas a través del espacio, se genera una perturbación en forma de ondas gravitatorias, pero debido a la debilidad de la gravedad, deben estar moviéndose cantidades astronómicas de materia para generar ondas a una escala que pueda ser detectable.

“Imagina flotar en el espacio muy lejos de la Tierra junto con dos espejos separados muchos kilómetros. Si se estuviese propagando una onda gravitatoria a través del espacio, se vería un incremento en la distancia entre ambos objetos y luego un decremento rítmico cuando pasa la onda, tal vez en una cantidad casi imperceptible”, explica Krauss. “Conforme estas ondas de propagan a través del universo pueden continuar perdiendo fuerza, pero nunca se detendrían ni frenarían debido a que atraviesa la materia básicamente sin impedimentos”.

Primordial Gravitational Waves and Cosmology” fue escrito por Krauss; Scott Dodelson, del Laboratorio Nacional Fermi y la Universidad de Chicago; y Stephan Meyer, de la Universidad de Chicago. En su revisión de Science, han determinado que hubo dos fuentes principales de ondas gravitatorias: La inflación inmediatamente después del Big Bang, y las posibles transiciones de fase en tiempos anteriores. Otras fuentes actuales pueden incluir agujeros negros en colisión o enormes estrellas orbitándose entre sí.

Aunque estas ondulaciones en el espacio tiempo son imperceptibles para los humanos, detectores de alta sensibilidad y experimentos tales como el Observatorio de Ondas Gravitatorias de Interferómetro Láser (LIGO), situado en Livingston, Louisiana, se han diseñado para buscar precisamente tales ondas. La radiación gravitatoria procedentes de los inicios del universo puede detectarse indirectamente a través de su efecto en la polarización de la radiación del CMB (radiación reliquia del Big Bang que impregna todo el espacio). No obstante, la actual generación de detectores directos de ondas gravitatorias, incluido LIGO, no tienen suficiente sensibilidad para estudiar las señales en busca de posibles ondas gravitatorias primordiales.

“La mayor sensibilidad a las ondas gravitatorias primordiales proceden del detallado patrón distintivo de polarización en el CMB”, dice Krauss. “Si existían ondas gravitatorias, producidas por la inflación o por transiciones de fase, cuando se creó el fondo de microondas cósmico, habría quedado impreso en el CMB y se detectaría como polarización”.

A pesar de lo difícil que es detectarlas, la tecnología para construir experimentos suficientemente sensibles están en nuestra mano – y bien merece la pena el esfuerzo, de acuerdo con Krauss.

“Cuando entramos en la segunda década del siglo XXI, nos proponemos entrar en un nuevo dominio de la cosmología de precisión, uno que podría proporcionar una dramática nueva ventana a los inicios delo universo y a los procesos físicos que gobernaron su origen y evolución”, señala Krauss. “La satélite Planck de la Agencia Espacial Europea fue diseñado para fotografiar el CMB en todo el cielo, con una sensibilidad y resolución angular sin precedentes, y proporcionará nuevos datos sobre la polarización en los próximos tres o cuatro años, y con eso esperamos observaciones directas de las ondas de los inicios del tiempo”.


Autor: Nikki Staab
Fecha Original: 20 de mayo de 2010
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Comments (9)

  1. “Antes del periodo de hace 380 000 años, el universo era opaco a la radiación electromagnética”, algo anda mal en esa frase el numero debe ser más grande tipo 3.800 millones o 38 mil millones
    creo… saludos

    • Fer137

      La cifra está bien, aunque debería decir “380.000 años tras el BigBang” (en vez de ese algo confuso “…hace 380.000 años”)

    • La cifra es correcta. Se calcula que unos 300.000 años después del Big Bang se produjo una transición que hizo transparente el Universo a la radiación electromagnética, lo cual permitió a los fotones poder viajar. Precisamente lo que vemos en el CMB es esa radiación primordial.

      SalU2

  2. ok fer 137, veo que el autor ya corrigió el párrafo ahora queda más claro
    saludos

  3. [...] Estudiando el lado oscuro del universo [...]

  4. La detección de ondas gravitacionales primordiales reduciría grandemente los tipos de universos posibles. Los modelos de universos estacionarios (mis favoritos) no tienen ondas gravitacionales primordiales, por lo que una falta de deteccion de estas ondas seria un gran impulso de confirmacion para este modelo de universo.

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