¿Se puede descartar la inflación cósmica?

05 noviembre 2022

(Noticias de Nanwerk) Los astrofísicos dicen que la inflación cósmica, un punto en el universo primitivo cuando el espacio-tiempo se expandió exponencialmente, y a lo que los físicos realmente se refieren cuando hablan del «Big Bang», en principio puede descartarse de una manera libre de suposiciones

Los astrofísicos, de la Universidad de Cambridge, la Universidad de Trento y la Universidad de Harvard, dicen que hay una señal clara e inequívoca en el universo de que la inflación podría eliminarse como posibilidad. Su trabajo fue publicado en Cartas de revistas astrofísicas («El reto de descartar la inflación a través de un primitivo fondo de Gravitón»), sostiene que esta señal -conocida como fondo de grafito cósmico (CGB)- puede detectarse en la práctica, aunque supondría un enorme reto técnico y científico. Pinchar la burbuja cósmica con una aguja La inflación cósmica es un escenario común para la etapa inicial de la evolución del universo. (Foto: A. Ijjas, PJ Steinhardt y A. Loeb, Scientific American, febrero de 2017)

«La teoría de la inflación se ha establecido para explicar los diversos desafíos de ajuste del llamado modelo Big Bang caliente», dijo el primer autor del artículo, el Dr. Sunny Fagnozzi, del Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge, que ahora se encuentra en el Universidad de Trento. También explica el origen de la estructura en nuestro universo como resultado de las fluctuaciones cuánticas.

“Sin embargo, la gran flexibilidad que muestran los posibles modelos de inflación cósmica abarcando un área infinita de consecuencias cosmológicas plantea preocupaciones Esa inflación cósmica es irrefutable, incluso si se pueden descartar modelos inflacionarios individuales. ¿Es posible, en principio, probar la inflación cósmica de manera independiente del modelo? »

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Algunos científicos expresaron su preocupación por la inflación cósmica en 2013, cuando el satélite Planck publicó sus primeras mediciones del fondo cósmico de microondas (CMB), la luz más antigua del universo.

«Cuando se anunciaron los resultados del satélite Planck, se tomaron como una confirmación de la inflación cósmica», dijo el profesor Avi Loeb de la Universidad de Harvard, coautor de Vagnozzi en el artículo actual. «Sin embargo, algunos de nosotros hemos argumentado que los resultados pueden mostrar todo lo contrario».

Junto con Anna Egas y Paul Steinhardt, Loeb fue uno de los que argumentó que los resultados de Planck mostraban que la inflación planteaba más enigmas que los que resolvía, y que era hora de considerar nuevas ideas sobre los comienzos del universo, que, por ejemplo, podría haber comenzado No con una explosión sino con un rebote de un excontratista.

Los mapas CMB de Planck representan la primera vez en el universo que podemos «ver», 100 millones de años antes de que se formaran las primeras estrellas. No podemos ver más allá de eso.

«El borde real del universo visible es la distancia que cualquier señal de la velocidad de la luz puede viajar durante los 13.800 millones de años desde que nació el universo», dijo Loeb. «Como resultado de la expansión del universo, este borde se encuentra actualmente a 46.500 millones de años luz de distancia. El tamaño globular dentro de este límite es como un cráter arqueológico centrado a nuestro alrededor: cuanto más profundo nos adentramos en él, más temprana será la capa de historia cósmica que descubrimos, todo el camino hasta el Big Bang que es nuestro horizonte final». Lo que hay más allá del horizonte es desconocido».

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Puede ser posible profundizar en el universo primitivo mediante el estudio de partículas casi ingrávidas conocidas como neutrinos, las partículas productoras de masa más abundantes en el universo. El universo permite que los neutrinos viajen libremente sin dispersarse durante aproximadamente un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de diez mil millones de grados. «El universo actual debería estar lleno de neutrinos que quedaron de esa época», dijo Vagnozzi.

Vagnozzi y Loeb dicen que podemos retroceder aún más, siguiendo los gravitones, las partículas que median la fuerza de la gravedad.

«El universo era transparente a los gravitones hasta la pista física conocida más cercana, el tiempo de Planck: 10 a -43 segundos, cuando la temperatura era la más alta concebible: 10 a 32 grados», dijo Loeb. «Una comprensión correcta de lo que sucedió antes de eso requiere una teoría predictiva de la gravedad cuántica, que no tenemos».

Una vez que el universo permitió que los gravitones viajaran libremente sin dispersarse, dicen Vagnozzi y Loeb, se tuvo que crear un fondo de radiación térmica gravitacional con una temperatura de poco menos de un grado por encima del cero absoluto: el fondo cósmico de gravitones (CGB).

Sin embargo, la teoría del Big Bang no permite la existencia del CGB, ya que sugiere que la inflación exponencial del universo recién nacido amortigua efectos como el CGB hasta el punto de que son indetectables. Esto se puede convertir en una prueba: si se detecta el CGB, esto obviamente descartaría la inflación cósmica, que no permite que exista.

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Vagnozzi y Loeb argumentan que tal prueba es factible y, en principio, podría detectar CGB en el futuro. El CGB se suma al presupuesto de radiación cósmica, que de otro modo incluye fondos de microondas y neutrinos. Por lo tanto, afecta la tasa de expansión cósmica del universo primitivo a un nivel que puede ser detectado por sondas cósmicas de próxima generación, lo que podría proporcionar la primera detección indirecta del CGB.

Sin embargo, para reclamar una detección definitiva del CGB, la ‘pistola humeante’ sería la detección de fondo de ondas gravitacionales de alta frecuencia que alcanzan un máximo de frecuencias alrededor de 100 GHz. Esto sería muy difícil de detectar y requeriría avances tecnológicos masivos en girotrones y tecnología de imanes superconductores. Sin embargo, dicen los investigadores, esta señal puede ser útil en el futuro.

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