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Los cosmólogos encuentran indicios de una esquiva reliquia de los comienzos del universo.

Contrariamente a lo que se cree comúnmente, el espacio vacío no está realmente vacío, sino que rebosa de partículas sub-atómicas. Muchas de éstas son fotones, las partículas que componen la radiación electromagnética (luz, microondas, radioondas, etc.). Y la mayor parte de estos fotones forma parte de una reliquia conocida como radiación cósmica de fondo de microondas (CMB = Cosmic Microwave Background).

El CMB está compuesto por fotones que comenzaron su viaje unos 300.000 años después del Big Bang que marca el comienzo de nuestro universo. Al analizar las ondulaciones impresas en el CMB, los cosmólogos pueden ver una imagen del universo tal como era en ese entonces. Ésto les ha permitido inferir con gran precisión su forma y los tipos de materia y energía que lo poblaban.

Sin embargo, 300.000 años no son exactamente un parpadeo, aún en términos cosmológicos. Lo que los científicos realmente desearían conocer es la naturaleza del universo apenas uno o dos segundos luego de su comienzo. Y ahora parece que están tentadoramente cerca de conseguir un atisbo de ésto, siguiendo los caminos de una segunda clase de partículas que permean el por otra parte vacío espacio: los neutrinos.

Los modelos cosmológicos estándar predicen que los neutrinos, una clase de partícula elemental sin carga eléctrica y con muy poca masa, fueron creados en grandes números durante el Big Bang. Por lo tanto, los cosmólogos tienen buenas razones para creer que neutrinos reliquia permean el universo actual, formando así un Fondo Cósmico de Neutrinos (CNB = Cosmic Neutrino Background) que existe paralelamente al CMB. Las ondulaciones en este fondo transportarían información sobre cómo era el universo un instante después de la creación.

Los neutrinos, sin embargo, son extremadamente difíciles de detectar, de modo que no parece ser posible la búsqueda directa de estas ondulaciones. Pero podría ser posible observarlas indirectamente. Y el 15 de junio de 2005, Roberto Trotta de la Universidad de Oxford y Alessandro Melchiorri de la Universidad de Roma, La Sapienza, anunciaron que precisamente habían logrado hacerlo.

Información de fondo

En su infancia, el universo era una bola densa y caliente de energía y de partículas elementales. Los diferentes tipos de partículas interactuaban unas con otras a través de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, manteniendo así una suerte de equilibrio.

Sin embargo, a medida que el universo se expandía y se enfriaba, se iba haciendo cada vez más difícil mantener este equilibrio. Si el universo se estuviera expandiendo más rápidamente que lo un tipo particular de partícula fuerza capaz de interactuar con los otros tipos, ese tipo particular de partículas perdería su contacto con el resto. Su distribución en el universo sería entonces el reflejo del momento en que se produjo esta pérdida de contacto.

Los neutrinos interactúan con otras partículas a través de lo que se conoce como fuerza nuclear débil. Como implica su nombre, esta fuerza es realmente débil. En consecuencia, los neutrinos perdieron contacto muy pronto. Apenas uno o dos segundos después del Big Bang, estaban alejándose unos de otros tan rápidamente que la fuerza débil no pudo mantenerlos en contacto con el resto del universo. Una vez que ésto sucedió, siguieron alegremente su camino, recorriendo para siempre el espacio. Estos neutrinos reliquia forman el Fondo Cósmico de Neutrinos.

Es la debilidad de la fuerza nuclear débil la que hace que los neutrinos resulten tan difíciles de detectar individualmente, aún hoy en día (de hecho, en el tiempo que a Ud. le tome leer este artículo, unos 10 000 millones de millones de ellos habrán pasado directamente a través de su cuerpo sin causar efecto alguno). Pero también interactúan a través de la fuerza de gravedad, y “en masa”, esa interacción resultaría detectable. Ésto fue en lo que se enfocaron el Dr. Trotta y el Dr. Melchiorri. Su artículo, que será publicado en Physical Review Letters, informa acerca de lo que ellos creen es el efecto gravitatorio del CNB sobre el CMB.

El CMB se formó en un punto, 300 000 años después del comienzo, cuando el universo estaba lo suficientemente frío como para se formaran los átomos de hidrógeno y helio. Los fotones primordiales del universo, que hasta ese momento se habían estado dispersando en forma caótica de los eléctricamente cargados protones, electrones y partículas alfa que quedaban ahora aprisionados en los recién formados átomos, quedaron así libres. El Fondo de Microondas ha sido medido con precisión exquisita por los experimentos realizados con globos y satélites.

En 1995 Wayne Hu, un físico que trabaja ahora en la Universidad de Chicago, especuló sobre que los efectos gravitatorios causados por las fluctuaciones del Fondo de Neutrinos podría ser visible en las mucho más fácilmente detectables fluctuaciones del Fondo de Microondas. Podrían también ser visibles en la forma en que se distribuyen las galaxias, ya que esta distribución refleja también las condiciones iniciales.

Utilizando un modelo computacional sofisticado del universo primitivo, los Dres. Trotta y Melchiorri han puesto ahora a prueba esta idea. Lo hicieron variando los parámetros del modelo, en especial la cantidad de ondulación en el Fondo de Neutrinos, y comparando el resultado con los datos del Fondo de Microondas y la distribución a gran escala de las galaxias. Hallaron, como esperaban, que los modelos de universo que más se parecían al real eran aquellos en los cuales el CNB recordaba más certeramente a lo que los cosmólogos predecían que debía ser. En otras palabras, la firma del CNB parecía estar allí.

Hasta el momento, los Dres. Trotta y Melchiorri han hecho poco más que probar el punto. Pero éso podría cambiar muy rápidamente. Con mejores datos del CMB provenientes de nuevos satélites, esta idea debería permitir a los cosmólogos decidir cuál (si alguna de ellas) de las varias teorías exóticas acerca del universo primitivo es realmente la verdadera. Por ejemplo, recientemente han llegado a creer que el universo se encuentra dominado por un fenómeno misterioso al que han denominado “energía oscura”. Si los neutrinos interactuaron la energía oscura unos segundos después del Big Bang, podrían haber producido un efecto detectable en las ondulaciones del Fondo de Neutrinos. Ésto proporcionaría claves sobre lo que es realmente.

Éso solo ya sería un premio muy valioso de lograr. Pero además de cualquier importancia científica, la idea de observar una instantánea del universo no simplemente como un infante, sino como el equivalente cosmológico de un huevo recién fertilizado, posee toda una gloria en sí misma.

Páginas web relacionadas

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-- Más Allá del Borde Oscuro del Cosmos
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Web Site: The Economist
Artículo: “Ripples in the sands of time ”
Fecha: Junio 23, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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