BICEP

Experimentos árticos: imágenes del universo en pañales

Para este último post tenía pensado escribir sobre la fascinante biografía de alguno de los matemáticos más pintorescos, a la pap que importantes de los últimos siglos. Pero el libro que pensaba usar para documentarme, como le sucedió a varios más, se perdió en mi última mudanza. Además el libro no está en formato electrónico por lo que lo he tenido que comprar en el Reino Unido. Así que me he puesto a pensar sobre que escribir durante la espera y que mejor tema que el reciente y genial descubrimiento de ondas gravitatorias del Big Bang, a cuenta de un equipo de astrónomos trabajando en la Antártida. 

 

El equipo responsable del descubrimiento proviene del Centro Astronómico Smithsoniano de la Universidad de Harvard, pero la observación tuvo lugar en el Observatorio BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) situado en la Antártida debido a que las condiciones atmosféricas en esta zona permiten recibir la Radiación de Fondo de Microondas con una mayor claridad. El jocoso nombre del experimento revela en gran medida que es lo que estaba buscando y al fin ha encontrado: radiación polarizada. Desde que hace unos años el cine en 3D vuelve a estar de moda, al menos el término polarizado nos resulta familiar, en lo que se refiere a gafas. La polarización es una cualidad de las ondas electromagnéticas como la luz, o las microondas que recibe el BICEP. Estas ondas pueden estar orientadas de distintas formas. Para simplificar podemos pensar en horizontal o verticalmente. Las gafas 3D aprovechan esta cualidad para filtrar o dejar pasar la luz que proviene de la pantalla. Un lado por ejemplo, puede dejar pasar luz orientada horizontalmente y el otro verticalmente. De esta forma cada ojo recibe una imagen distinta y puede reconstruir la distancia entre los objetos, que dos cámaras distintas han grabado previamente. Otro posible uso de la polarización es la exploración del universo. Algunas de las teorías más prometedoras en cosmología como la Teoría de la Inflación, han sido tremendamente difíciles de probar hasta el momento, ya que se centran en los primeros instantes de vida del universo. Pero afortunadamente hacen ciertas predicciones que se pueden someter a pruebas experimentales. Si las teorías inflacionistas funcionan, en el universo hay un tipo de ondas muy especial y difícil de encontrar, conocidas como ondas gravitatorias. Afortunadamente estas ondas, aunque aún no se pueden detectar por sí mismas, deberían producir unos patrones muy concretos en la polarización de la Radiación de Fondo de Microondas. Y estos patrones en la polarización, es lo que los científicos en el Polo Sur han descubierto el pasado mes de Marzo.

Las ondas gravitacionales por su parte, no son nada nuevo. Su existencia se desprende de la misma Teoría de la Relatividad de Einstein. Sin embargo, la gravedad es una fuerza extremadamente débil comparada con el electromagnetismo que normalmente utilizamos para explorar el mundo a nuestro alrededor y estas ondas tienen unas longitudes tan tremendas que su escala las hace extremadamente difíciles de observar. Como ocurrió durante años con la partícula de Higgs, la comunidad científica simplemente asumió hace tiempo su existencia con la esperanza de que nuevos progresos tecnológicos permitieran su detección. Y así ha sido. Pero a su vez, estas ondas han probado algo más. Las ondas gravitatorias se producen cuando un objeto masivo distorsiona el espacio-tiempo. El Big Bang en sí mismo es el origen del espacio-tiempo y un importante creador de ondas gravitacionales. Pero la forma en la que estas polarizan las microondas, nos revelan una esfera de conocimiento hasta la que ahora no teníamos acceso. Durante sus primeros miles de años, el universo era un lugar tan caliente y denso que era opaco a la luz. Esta resultaba constantemente reemitida y reabsorbida por los cientos de núcleos atómicos y electrones recién formados. Era como si estuviera atrapada en medio de un concierto multitudinario. Unos 300.000 años después del inicio del Big Bang, la temperatura desciende lo suficiente para que los átomos de hidrógeno y helio puedan formarse y dispersarse permitiendo a la radiación escapar. Como si la gente del concierto buscara a sus amigos y se fuera a casa y dejaran espacio a los fotones para irse a casa también. Esta luz primigenia que es aún observable, es la conocida Radiación de Fondo de Microondas. Pero hasta el momento nos era totalmente imposible observar nada de lo ocurrido en esos 300.000 años de universo opaco. Afortunadamente las ondas gravitatorias formadas en los primeros instantes del Big Bang no están sometidas a esta barrera temporal, por lo que nos ofrecen una imagen aún más antigua de nuestro universo en pañales. 

Más concretamente, las características de estas ondas gravitatorias descubiertas mediante la polarización que producen en la RFM apuntan a una teoría conocida como Inflación. Esta teoría propuesta por Alan Guth, resolvía algunos serios problemas de la teoría del Big Bang. La teoría del Big Bang, por muy sólida que nos parezca ahora, solo se empieza a consolidar con el descubrimiento de la RFM en los 60s. Y en aquella época aún tenía grandes detractores. Una de las inconsistencias más serias que aún permanecían en ese momento es la increíble uniformidad del universo. Independientemente de la dirección en la que uno mire, el universo tiene aproximadamente la misma densidad y temperatura en todas direcciones. Y esto no es lo que se esperaría de una enorme explosión. Sin embargo, la inflación soluciona el problema. Si durante los primeros instantes del universo, este se hubiera inflado como un balón a una velocidad alucinante, cada una de sus partes se habrían expandido de una forma uniforme y constante, lo que explicaría la increíble uniformidad del universo. La teoría es matemáticamente muy sólida y tiene una gran aceptación en el mundo de la cosmología. Pero hasta este momento había sido demasiado difícil encontrar pruebas experimentales concretas, debido a la imposibilidad de ver que sucedió en los primeros 300.000 años. Pero gracias a las observaciones del BICEP, una vez más, astrofísica ha expandido los límites de nuestro conocimiento aún más lejos. 

El artículo está documentado en varios videos de canales de ciencia de Youtube y como no en la todopoderosa Wikipedia, para ajustar detalles.

https://www.youtube.com/watch?v=q702wxf_OPw

https://www.youtube.com/watch?v=m7C9TjdziPE

https://www.youtube.com/watch?v=PCxOEyyzmvQ

Imagen:

http://blog.vixra.org/2014/03/15/primordial-gravitational-waves/

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