martes, 17 de febrero de 2009

El fondo cósmico de radiación: tras los ecos del Big Bang

South Pole Telescope (SPT) ubicado en la Antartida. Créditos: SPT.

El conocimiento que poseemos sobre los orígenes de la galaxia es aún diminuto, sin embargo es posible saber como eran las galaxias hace millones de años, basta observar una. Su luz que ha viajado desde entonces estará debilitada. La observación no siempre resulta sencilla, requiere telescopios potentes. Algún día, con los recursos necesarios, podría ser posible construir un telescopio tan grande que podría observarse en directo como se crearon las galaxias.

De forma asombrosa, desde hace años es posible observar un objeto más antiguo: el fondo cósmico de radiación, restos de cuando el Universo contaba con apenas 40,000 años de edad.

Parte de la interferencia que se observa y escucha en el televisor cuando no esta ningún canal sintonizado es resultado del fondo cósmico de radiación. Tal radiación es límite del Universo observable, más allá no es posible ver nada. Equivale en el horizonte de sucesos a un momento entre la hipotética singularidad inicial y unos 400, 000 años cuando el gas ionizado impedía que la radiación electromagnética cruzara libremente.

Después de haber ocurrido la recombinación, al descender la temperatura 3,000 grados Kelvín, fue posible que se formaran los primeros átomos neutros, fue cuando el Universo pudo hacerse transparente y la luz pudo la pudo atravesar. Producto de tal suceso es posible observar el fondo cósmico de radiación, la luz que atravesó por primera vez el Universo y cuya longitud ha sido ampliada hasta la gama de microondas debido a la expansión. Mediante tal radiación es posible conocer la textura del Universo en esa época fue capaz de formar galaxias, estrellas y planetas.

Sin embargo aún no es posible saber con exactitud lo que ocurrió antes. La proporción de elementos generados durante la nucleosíntesis primordial permite saber las condiciones en los primeros minutos después del Big Bang y la labor del LHC permitirá conocer lo que ocurrió antes. Pero aún así no es posible observarlo directamente. Si se pudiera detectar los neutrinos, podrían observarse los neutrinos primordiales y reconstruir la historia del Universo, justo cuando se hizo transparente a tales partículas. Por desgracia aún no es posible y quizás no lo vaya a ser.

También podría detectarse las ondas gravitatorias. Las cuales son oscilaciones del espacio-tiempo que la Teoría de la Relatividad General predice se deben de generar mediante poderosos procesos gravitatorios. Tal suceso solo puede tener la magnitud del Big-Bang, pero las ondas gravitatoria son muy débiles y la expansión del Universo las ha debilitado aún más. Existe la esperanza de que los detectores de ondas gravitatorias sean más eficientes como para que se pueda percibir una señal, algo que en la práctica aún no es posible. Algo que quizá sea posible pero basado en la observación indirecta. Es decir remontarse a la época de la gran inflación.

Con un Universo muy isótropo , sobre todo en cuanto al fondo cósmico de radiación, existen sitios en el Universo que no tuvieron la posiblidad causal de termalizar, pero que es posible observarse como si lo hubieran hecho. Además de esto el Universo parece que es plano. Tales interrogantes fueron resueltas medinate la introducción del concepto de inflación por Alan Guth en 1979. De acuerdo a su teoría propone un campo estelar vacío (de naturaleza y origen desconocidos) que se habría expandido en el Universo en una breve fracción de segundo. Esto ocurriría a los 10-35 segundos después del Big Bang, cuando la temperatura era de 1027K.

En esta inflación un volumen de cualquier objeto del Universo se habría se habría multiplicado por un factor 1050. De este modo el Universo procedería de una pequeña región a una misma temperatura y con una geometría plana. Resolviendo tales cuestiones tendría que aceptarse la idea de Universos paralelos de los cuales no tendríamos ni acceso ni evidencia y que estarían más allá del horizonte causal.

Las pruebas de este fenómeno es la propia radiación cósmica de fondo. Las fluctuaciones que se observan son las propias fluctuaciones del vacío que ha sido ampliadas por la propia inflación.

En la Tierra y en específico en la Antártida, se explora el Universo mediante el South Pole Telescope (SPT) en uno de los cielos más limpios de la Tierra. Empleando el STP se estudia la naturaleza de la energía oscura. Quiźa algún día sea posible conocer completamente tal energía.

A la vez en este telescopio, un grupo de científicos labora en el polarímetro. Un instrumento que trabajaría con ondas submilimétricas, un conjunto de ondas situadas en el espectro entre las microondas y el infrarrojo.

De confirmarse la hipótesis de la inflación, tendrá que observarse la amplificación de las ondas gravitatorias hasta hacer visible su efecto en el fondo cósmico de radiación. De ser así, en esa gama de frecuencias debió de haber ocurrido un patrón detrás del que se observa que sea un reflejo de las ondas gravitatorias y de la inflación. Si se logra cruzar más allá de la recombinación, entonces podrá verse en los cielos un reflejo de lo que ocurrió antes del Big Bang y así poder recrear los ecos de la génesis del espacio-tiempo.

§ University of Chicago

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