ONDAS GRAVITATORIAS Y MODELO INFLACIONARIO: La importancia del anuncio del 17 de marzo de 2014

Por qué es importante el anuncio del 17 mar 2014, cuando en el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics se reveló que BICEP2 había detectado modos B en el fondo  cósmico de microondas:

1°) Es una nueva evidencia indirecta de ondas gravitatorias (La primera evidencia indirecta se debía a la perdida de energía por radiación gravitatoria en un pulsar binario, Nobel 1993).
2°) Es la primera evidencia de ondas gravitatorias primordiales procedentes de los primeros instantes del universo.
3°) Es la primera evidencia directa de la inflación cósmica postulada en 1981 por Alan Guth y luego por Andrei Linde y otros.
4°) Este descubrimiento deja abierta la puerta para futuras medidas relacionadas con la gravitación cuántica, ("el santo grial de la física") pues demuestra que se puede ver más allá del velo del período de recombinación y acceder a los primeros instantes del universo donde la gravitación y la cuántica son inseparables. (Ver por ejemplo "Using Cosmology to Establish the Quantization of Gravity" por Lawrence M. Krauss, Frank Wilczek)
5°) En particular para los físicos teóricos Alan Guth y Andrei Linde, el 17 de marzo del 2014 tiene un significado muy especial pues los pone en carrera muy seria para el premio Nobel de Física del 2015. Guth y Linde estuvieran presentes en la conferencia de prensa del 17 de marzo.
6°) Todo lo anterior deberá esperar mejores resultados del satélite Planck, los cuales se conocerán recién a mediados de este año.

Sobre BICEP2:
Es un radiotelescopio ubicado en el observatorio del polo sur, donde la atmósfera es más limpia, más seca y con menores índices de contaminación electromagnéticas (las señales de radio, televisión, celulares y demás servicios de comunicación que encontramos cerca de los centros poblados).
Su instrumento principal (fabricado en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA), es sensible a determinado rango de microondas (100 GHz) y está diseñado para medir la polarización de estas señales con mucha precisión. Su objetivo especial es detectar los modos de polarización E y B en la radiación de fondo cósmico (RFC).

Un poco de historia cósmica:
Cuando el universo tenía apenas 10^-35 segundos el universo era muy pequeño, muy denso y muy caliente, y rápidamente comenzó a expandirse en forma exponencial conservando a gran escala sus propiedades de homogeneidad e isotropía. Es lo que se conoce como el período inflacionario. Ese proceso se supone que generó ondas gravitatorias, ondulaciones del propio espacio-tiempo, (figuradamente se pueden ver como olas en el gran estanque cósmico). Estas ondas gravitatorias primordiales se siguen propagando hasta el día de hoy, pero el hecho de que el universo lleva 13.700 millones de años expandiéndose hace que estas ondas sean hoy en día demasiado débiles como para ser detectadas en forma directa con nuestra tecnología actual.
Cuando el universo tenía unos 380.000 años ya se había expandido y enfriado lo suficiente como para que los electrones y protones sueltos hasta entonces comenzaran a combinarse para formar los primeros átomos. Es lo que se conoce como el período de recombinación, cuando la materia empezó a quedar neutra y la luz finalmente quedó libre, desacoplada de la materia para propagarse por el universo hasta nuestros días. La radiación de fondo cósmico (RFC) (CMB en inglés) es el vestigio de la luz de aquella época. Los modos B que se han detectado en la polarización de la RFC son las huellas que las ondas gravitatorias primordiales han dejado en su interacción con la RFC.
A partir de la recombinación el universo se vuelve transparente a las ondas electromagnéticas (luz, microondas, etc.). Antes de eso es imposible tener información del universo mediante ondas electromagnéticas. El universo es inaccesible mediante ondas electromagnéticas a esos primeros 380.000 años. Esa época es opaca a la luz.
Para "ver" al universo anterior a la recombinación deberíamos hacer astronomía de ondas gravitatorias, las cuales proceden del universo mucho más joven. Esto sin embargo es imposible de forma directa con la tecnología actual.
Y por eso es tan especial el anuncio de la detección de los modos B en la RFC, porque es una alteración de la luz que solo puede ser producida por aquellas ondas gravitatorias primordiales. Es una marca indirecta de los primeros instantes del universo y de la época de la inflación.

Una imagen figurada:
Obervar la RFC es como encontrar un gran fósil cósmico de cuando el universo tenía 380.000 años de antigüedad. Un hallazgo impresionante.
Observar los modos B en la polarización de la RFC es como encontrar rastros de la actividad celular del fósil y deducir a partir de ellos el tipo de atmósfera en la que vivía el fósil.

Un poco de historia de la ciencia:
En 1915 Albert Einstein propone la teoría general de la relatividad.
En 1916 Albert Einstein predice la existencia de ondas gravitatorias, a partir de su teoría general de la relatividad.
En 1922 Alexander Friedmann propone la idea de un universo en expansión, a partir de la relatividad general. Las ecuaciones de Friedmann sientan las bases de la moderna cosmología.
En 1948 Ralph Alpher y Robert Herman predicen la existencia de la radiación de fondo cósmico (RFC).
En 1964 Robert Wilson y Arno Penzias descubren la RFC. (Reciben el Nobel de Física en 1978). [Wilson se encontraba presente en la conferencia de prensa del 17 de marzo del 2014]
En 1965 Robert Dicke, P. J. E. Peebles, P. G. Roll, y D. T. Wilkinson, interpretan las señales descubiertas por Wilson y Penzias como remanente del Big-Bang.
En 1981 Alan Guth propone el modelo inflacionario del universo, seguido más tarde por Andrei Linde y otros.
En 1992 se anuncia la observación de anisotropías en la RFC. (John Mather y George Smoot reciben el Nobel de Física en 2006 por este descubrimiento)
En 1993 Russell Hulse y Joseph Taylor reciben el Nobel de Física por el descubrimiento de un pulsar binario y demostrar con él la pérdida de energía por radiación gravitatoria, considerada la primera evidencia histórica, aunque indirecta, de la existencia de ondas gravitatorias.
14 de marzo de 2014: BICEP2 anuncia la detección de modos B en la RFC, que se interpretan como evidencia de ondas gravitatorias primordiales generadas durante la época inflacionaria.

Futuro: Esperar los resultados complementarios del satélite Planck que se darán a conocer probablemente a mediados del 2014.

Sobre detección directa de ondas gravitatorias:
Hay varios experimentos en curso (LIGO, TAMA, GEO, VIRGO), ninguno de los cuales ha dado resultados positivos.
A futuro se está proyectando un observatorio espacial de ondas gravitatorias denominado LISA (Laser Interferometer Space Antenna), el cual ha sido replanificado para el 2034 por cambios presupuestales. Sin embargo en el 2015 sería lanzada una prueba de concepto.


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