Primera evidencia directa de la inflación cósmica y las ondas gravitacionales

Primera evidencia directa de la inflación cósmica y las ondas gravitacionales
Los astrofísicos llevaban décadas esperando este momento, y los datos han llegado desde el radiotelescopio BICEP2 en el Polo Sur. Un equipo del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en EE UU, anuncia tres grandes descubrimientos relacionados: la primera prueba directa de que existen las ondas gravitacionales predichas por Einstein, la ansiada evidencia de la inflación cósmica y la apertura de una vía para unificar las fuerzas fundamentales de la naturaleza con la gravedad cuántica.

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una ‘chispa’ extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los "primeros temblores del Big Bang".

Además, los datos también confirman una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general. Si se confirma todos estos descubrimientos, se abre un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física.

"La detección de esta señal es una de las metas más importantes de la cosmología actual", destaca John Kovac, investigador del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, desde donde se ha hecho el anuncio, y líder de la colaboración BICEP2.

Los resultados revolucionarios proceden de las observaciones efectuadas por el telescopio BICEP2 del fondo cósmico de microondas, el débil resplandor que dejó el Big Bang. Pequeñas fluctuaciones en este resplandor proporcionan pistas sobre las condiciones del universo temprano. Por ejemplo, las pequeñas diferencias en la temperatura a través del mapa del cielo muestran qué partes del universo eran más densas y, eventualmente, se podían condensar en galaxias y cúmulos galácticos.

Dado que el fondo cósmico de microondas es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta, incluida la polarización. Igual que en la Tierra la luz solar es dispersada por la atmósfera y se polariza, en el espacio el fondo cósmico de microondas fue dispersado por los átomos y los electrones, y se polarizó también.

"Nuestro equipo cazó un tipo especial de polarización llamada 'modos B', lo que representa un patrón ondulado o ‘ rizo’ en las orientaciones de polarización de la luz antigua", explica el colíder del grupo, Jamie Bock, de la institución Caltech-JPL.

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio a medida que viajan y esta compresión produce un patrón distinto en el fondo cósmico de microondas. Estas ondas tienen una ‘lateralidad’, al igual que las ondas de luz, y pueden presentar polarizaciones diestras y zurdas.

"El patrón de modo B es una firma única de las ondas gravitacionales debido a su lateralidad. Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales en el cielo primordial", dice otro colíder, Chao -Lin Kuo, de Stanford / SLAC.

El equipo examinó las escalas espaciales en el cielo abarcando aproximadamente de uno a cinco grados (dos a diez veces el ancho de la Luna llena) . Para hacer esto, viajaron al Polo Sur para aprovechar su aire frío y seco y estable.

"El Polo Sur es el más cercano se puede llegar al espacio y aun así estar en el suelo", comenta Kovac. "Es uno de los lugares más secos y más claros en la Tierra, por lo que es ideal para la observación de las microondas débiles del Big Bang".

Los científicos se sorprendieron al detectar una señal de polarización modo B considerablemente más fuerte que la que muchos cosmólogos esperaban. El equipo analizó sus datos durante más de tres años para descartar cualquier error. También descartaron que la presencia de polvo en nuestra galaxia pudiera haber producido el patrón observado, algo “altamente improbable”.

"Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar nos hemos encontrado con una barra de hierro", bromea el investigador de la Universidad de Minnesota Clem Pryke, otro de los coordinadores del trabajo.

El teórico Avi Loeb de Harvard valora el descubrimiento: "Este trabajo ofrece nuevas pistas sobre algunas de nuestras preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo? Estos resultados no solo son una ‘pistola humeante’ para la inflación, sino que también nos dicen que la inflación tuvo lugar y lo poderoso que fue el proceso".



SINC

Primera evidencia directa de la inflación cósmica y las ondas gravitacionales

Primera evidencia directa de la inflación cósmica y las ondas gravitacionales
Los astrofísicos llevaban décadas esperando este momento, y los datos han llegado desde el radiotelescopio BICEP2 en el Polo Sur. Un equipo del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en EE UU, anuncia tres grandes descubrimientos relacionados: la primera prueba directa de que existen las ondas gravitacionales predichas por Einstein, la ansiada evidencia de la inflación cósmica y la apertura de una vía para unificar las fuerzas fundamentales de la naturaleza con la gravedad cuántica.

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una ‘chispa’ extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los "primeros temblores del Big Bang".

Además, los datos también confirman una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general. Si se confirma todos estos descubrimientos, se abre un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física.

"La detección de esta señal es una de las metas más importantes de la cosmología actual", destaca John Kovac, investigador del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, desde donde se ha hecho el anuncio, y líder de la colaboración BICEP2.

Los resultados revolucionarios proceden de las observaciones efectuadas por el telescopio BICEP2 del fondo cósmico de microondas, el débil resplandor que dejó el Big Bang. Pequeñas fluctuaciones en este resplandor proporcionan pistas sobre las condiciones del universo temprano. Por ejemplo, las pequeñas diferencias en la temperatura a través del mapa del cielo muestran qué partes del universo eran más densas y, eventualmente, se podían condensar en galaxias y cúmulos galácticos.

Dado que el fondo cósmico de microondas es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta, incluida la polarización. Igual que en la Tierra la luz solar es dispersada por la atmósfera y se polariza, en el espacio el fondo cósmico de microondas fue dispersado por los átomos y los electrones, y se polarizó también.

"Nuestro equipo cazó un tipo especial de polarización llamada 'modos B', lo que representa un patrón ondulado o ‘ rizo’ en las orientaciones de polarización de la luz antigua", explica el colíder del grupo, Jamie Bock, de la institución Caltech-JPL.

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio a medida que viajan y esta compresión produce un patrón distinto en el fondo cósmico de microondas. Estas ondas tienen una ‘lateralidad’, al igual que las ondas de luz, y pueden presentar polarizaciones diestras y zurdas.

"El patrón de modo B es una firma única de las ondas gravitacionales debido a su lateralidad. Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales en el cielo primordial", dice otro colíder, Chao -Lin Kuo, de Stanford / SLAC.

El equipo examinó las escalas espaciales en el cielo abarcando aproximadamente de uno a cinco grados (dos a diez veces el ancho de la Luna llena) . Para hacer esto, viajaron al Polo Sur para aprovechar su aire frío y seco y estable.

"El Polo Sur es el más cercano se puede llegar al espacio y aun así estar en el suelo", comenta Kovac. "Es uno de los lugares más secos y más claros en la Tierra, por lo que es ideal para la observación de las microondas débiles del Big Bang".

Los científicos se sorprendieron al detectar una señal de polarización modo B considerablemente más fuerte que la que muchos cosmólogos esperaban. El equipo analizó sus datos durante más de tres años para descartar cualquier error. También descartaron que la presencia de polvo en nuestra galaxia pudiera haber producido el patrón observado, algo “altamente improbable”.

"Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar nos hemos encontrado con una barra de hierro", bromea el investigador de la Universidad de Minnesota Clem Pryke, otro de los coordinadores del trabajo.

El teórico Avi Loeb de Harvard valora el descubrimiento: "Este trabajo ofrece nuevas pistas sobre algunas de nuestras preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo? Estos resultados no solo son una ‘pistola humeante’ para la inflación, sino que también nos dicen que la inflación tuvo lugar y lo poderoso que fue el proceso".



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El universo más joven desafía el modelo cosmológico estándar

El universo más joven desafía el modelo cosmológico estándar 
La radiación del fondo cósmico de microondas (RFCM) es conocida como el eco o el resto de la explosión inicial del universo, el Big Bang. Los primeros datos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, en cuya misión participa el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han dado lugar al mapa más detallado de esta forma de radiación. Esta representación gráfica tan precisa ha revelado ciertas características del universo que difieren de las propuestas por el modelo cosmológico estándar.

La información recogida por el telescopio espacial durante 15 meses y medio proporciona una imagen de cómo era el universo cuando tenía unos 380.000 años de antigüedad. Según estos datos, el cosmos, observado a las más grandes escalas, no presenta las mismas propiedades en todas las direcciones. Dicha cualidad es conocida como isotropía y sería la esperada bajo el marco cosmológico estándar.

Poco después del Big Bang, el universo sufrió un proceso de expansión acelerada denominado inflación. Convencionalmente, este periodo está asociado a una etapa de homogenización de la composición del universo en todas las direcciones. No obstante, el mapa obtenido por Planck muestra una asimetría hemisférica, es decir, que las dos mitades del mapa poseen las mismas características.

En concreto, a gran escala, una de las mitades del mapa presenta más contraste de temperaturas con respecto al valor medio que la opuesta. Esta misma mitad, a su vez, alberga una zona especialmente grande y fría, la llamada Mancha Fría, cuyas características son anómalas.

Aunque la mayoría de la información obtenida por Planck sí que confirma las predicciones del modelo cosmológico estándar, para el investigador del Instituto de Física de Cantabria (centro mixto del CSIC y de la Universidad de Cantabria) Enrique Martínez, investigador del proyecto, “la anomalía encontrada podría ser la punta del iceberg de nuevos fenómenos físicos cuya naturaleza está aún por desentrañar”.

El equipo de Martínez ha sido el encargado, entre otras labores, de obtener el propio mapa de RFCM a través de un método que discrimina las emisiones contaminantes procedentes de otras fuentes. Por su parte, el también investigador del CSIC y participante del proyecto Marcos López-Caniego explica: “Hemos hecho muchas pruebas para intentar justificar dichas anomalías como resultado de otras fuentes de radiación, pero no lo hemos conseguido. Esto podría sugerir que el universo no es, por tanto, isótropo a gran escala como creíamos”.

Misiones espaciales previas ya habían detectado indicios de la región fría anómala. Según el investigador de la Universidad de Cantabria Patricio Vielva, “la precisión con la que la mancha fría ha sido revelada por Planck hace que no pueda ser ignorada y que sea realmente necesario buscar una explicación plausible para su origen”. Para Vielva, “el siguiente reto es construir un modelo nuevo que reconcilie estas anomalías con el modelo genérico, aunque todavía no sabemos qué tipo de física hará falta para ello”.

Nueva receta cósmica

Aparte de las anomalías desveladas, Planck también ha sido capaz de redefinir con mayor precisión la composición exacta del universo. Sus datos aumentan la proporción de materia ordinaria del 4,5% al 4,9%, y la de materia oscura del 22,7% al 26,8%. La energía oscura se reduce, por tanto del 72,8% al 68,3%.

Del mismo modo, la información del satélite afina la constante de Hubble, que es aquella que representa la razón de expansión del universo. Según el telescopio espacial, el universo se expande a 67,15 km/s/Mpc [kilómetros por segundo por megapársec (unidad de medida de la distancia a nivel extragaláctico)]. Todas estas cifras fijan la edad del universo en 13.820 millones de años.

Por último, la misión también ha realizado un catálogo de 1.200 cúmulos de galaxias, muchos de ellos desconocidos hasta la fecha, y un catálogo de más de 25.000 fuentes compactas galácticas y extragalácticas. Para ello, se han servido de herramientas de detección y caracterización desarrolladas por los investigadores del CSIC.

Según López-Caniego, “estos resultados permitirán mejorar el conocimiento sobre la formación y evolución de los cúmulos de galaxias, y acotar algunos parámetros cosmológicos de manera independiente a la RCFM”.

CSIC

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