Detectadas las ondas del primer instante del universo

Un equipo internacional de cient¨ªficos ha detectado los sutiles temblores del universo un instante despu¨¦s de su origen. Un telescopio estadounidense en el mism¨ªsimo polo Sur ha logrado captar esas huellas en el cielo que suponen un espaldarazo definitivo a la teor¨ªa que mejor explica los primeros momentos del cosmos, denominada inflaci¨®n y propuesta hace m¨¢s de tres d¨¦cadas. Esa inflaci¨®n fue un crecimiento enorme y muy r¨¢pido del espacio-tiempo inicial y, a partir de ese momento, el universo sigui¨® expandi¨¦ndose pausadamente, hasta ahora, 13.800 millones de a?os despu¨¦s. Es la teor¨ªa del Big Bang, pero con un complemento fundamental al principio de todo. Como dice Alan Guth, el cient¨ªfico estadounidense que propuso, a principio de los ochenta, la inflaci¨®n c¨®smica, ¡°exploramos el bang del Big Bang¡±.

Se trata de la ¡°tan buscada evidencia de que el universo sufri¨® una r¨¢pida inflaci¨®n en los primer¨ªsimos momentos de su existencia¡±, se?al¨® la revista Nature. ¡°Si se confirma, esa firma de las ondas gravitacionales del Big Bang abrir¨¢ un nuevo cap¨ªtulo en la astronom¨ªa, la cosmolog¨ªa y la f¨ªsica¡±.

Los cient¨ªficos del telescopio de microondas BICEP2, instalado en la base ant¨¢rtica Amundsen Scott, presentaron ayer en Harvard los datos concluyentes, disparando la euforia y la emoci¨®n de muchos cosm¨®logos en todo el mundo que, por muy convencidos que estuviesen de que la inflaci¨®n ten¨ªa que ser la explicaci¨®n correcta de lo que pas¨® casi al principio, estaban a la espera de la prueba, imprescindible en ciencia, de que la naturaleza efectivamente funciona como ellos hab¨ªan conjeturado. Y la prueba son las ondas gravitacionales primordiales, producidas por las llamadas vibraciones cu¨¢nticas en el espacio-tiempo, que se propagan por el universo a la velocidad de la luz y de las que hoy queda la leve firma en la radiaci¨®n de fondo que permea todo el cielo.

¡°Se trata de la primera evidencia directa de la inflaci¨®n c¨®smica¡±, anuncia el Centro Harvard-Smithsonian de Astrof¨ªsica, en EE UU. Son ¡°las primeras im¨¢genes de ondas gravitacionales, olas que se han descrito como los primeros temblores del Big Bang. Y confirman la profunda conexi¨®n entre la mec¨¢nica cu¨¢ntica y la relatividad general¡±.

¡°La detecci¨®n de estas se?ales es uno de los objetivos m¨¢s importantes de la cosmolog¨ªa actual. Mucha gente ha trabajado mucho hasta llegar a este punto¡±, coment¨® John Kovac, l¨ªder del detector BICEP2. El propio Guth declar¨® a Nature: ¡°Es una prueba nueva y totalmente independiente de que el panorama inflacionario encaja¡±. Y Andrei Linde, el f¨ªsico ruso que se fue a trabajar a EE?UU y que mejor¨® de modo definitivo la teor¨ªa de la inflaci¨®n poco despu¨¦s de que Guth la propusiera, coment¨® que el descubrimiento de estas ondas gravitacionales ¡°es la parte de la historia que faltaba¡±. Y a?adi¨®, emocionado, en un v¨ªdeo de la Universidad de Stanford: ¡°Este es un momento de la comprensi¨®n de la naturaleza de tal magnitud...¡±.

La teor¨ªa del Big Bang funciona bien y varias s¨®lidas pruebas observacionales la respaldan, pero en realidad, arranca su historia del universo un poco despu¨¦s del principio, un momento a partir del cual explica con ¨¦xito la expansi¨®n de las galaxias que observ¨® Edwin Hubble en 1929, la formaci¨®n de los elementos ligeros como el hidr¨®geno o la radiaci¨®n de fondo (de cuando el universo ten¨ªa 380.000 a?os) remanente en el cielo, que es el resplandor de la ¨¦poca en que se formaron los primeros ¨¢tomos.

Pero en su formulaci¨®n cl¨¢sica tambi¨¦n tiene problemas y esas pegas que soluciona son las que la inflaci¨®n de Guth, primero, e inmediatamente despu¨¦s de otros f¨ªsicos que mejoraron la idea inicial o propusieron variaciones de la misma. Las dos principales cuestiones que deja sin respuesta la teor¨ªa sin inflaci¨®n son: ?por qu¨¦ el universo es tan homog¨¦neo, tan igual se mire a donde se mire? y ?por qu¨¦ tiene la densidad justa? El problema de la homogeneidad significa que el universo es demasiado grande para que los extremos se hayan podido contagiar las propiedades: en el cosmos inicial habr¨ªa variaciones de temperatura pero no habr¨ªa dado tiempo a que alcanzaran un equilibrio. Como dec¨ªa el cosm¨®logo Daniel Baumann en space.com, el hecho de que partes distantes del universo tuvieran la misma temperatura y densidad sin haber podido estar en contacto es un problema de la teor¨ªa del Big Bang sin inflaci¨®n tan parad¨®jico como que dos tazas de caf¨¦, muy lejos una de otra y sin posibilidad de haber estado juntas, tengan exactamente la misma temperatura. Con la inflaci¨®n, las dos tazas son producto de la misma m¨¢quina de caf¨¦ hecho al mismo tiempo, y ese crecimiento exponencial del universo en los primeros instantes las separa a velocidad superior a la de la luz (por la expansi¨®n del espacio tiempo, no porque nada supere ese l¨ªmite de velocidad).

El problema de la densidad exacta o de por qu¨¦ tiene una geometr¨ªa plana (o casi) es enigm¨¢tico, porque si al principio hubiera habido un poco m¨¢s de materia, habr¨ªa colapsado casi inmediatamente y si hubiera habido un poco menos, la expansi¨®n resultante habr¨ªa impedido la formaci¨®n de galaxias y estrellas¡­

La inflaci¨®n soluciona ambos problemas partiendo de que la gravedad, en determinadas condiciones act¨²a con una fuerza repulsiva, en lugar de atractiva, y utiliza mecanismos clave de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. ¡°Partimos de un poquito de universo primitivo, algo muy peque?o, algo que podr¨ªa ser mil millones de veces m¨¢s peque?o que un prot¨®n, pero que podr¨ªa tener esa materia gravitatoriamente repulsiva¡±, explic¨® hace unos a?os Guth a EL PA?S. ¡°Entonces empieza a expandirse exponencialmente, duplic¨¢ndose de tama?o muy r¨¢pidamente, por lo menos un centenar de veces. Al final de ese proceso de inflaci¨®n, todo el universo, o la regi¨®n del cosmos que evolucionar¨¢ hasta convertirse en el cosmos observable actual, ser¨ªa mucho m¨¢s grande que antes de ese crecimiento tremendo. A¨²n as¨ª no tendr¨ªa m¨¢s de un cent¨ªmetro de di¨¢metro. Y a partir de ese momento, la repulsi¨®n gravitatoria deja de actuar y contin¨²a la expansi¨®n normal hasta ahora¡±. Todo ello en una fracci¨®n m¨ªnima de segundo.

Y ese proceso de crecimiento acelerado genera unas vibraciones que acaban siendo en el universo ondas gravitatorias (como pinzamientos del espacio-tiempo que se estiran y encogen) cuya huella han detectado ahora los cient¨ªficos con el telescopio BICEP2 en la radiaci¨®n de fondo de microondas.

Como dicha radiaci¨®n es una forma de luz, muestra todas sus propiedades, incluida la polarizaci¨®n, explica el centro Harvard- Smithsonian. ¡°Nuestro equipo busca un tipo especial de polarizaci¨®n denominado B-modes que representa un patr¨®n de giro o rizo en las orientaciones polarizadas de la antigua luz¡±, explic¨® Jamie Bock, uno de los cient¨ªficos del equipo.

Los expertos del prestigioso Instituto de Tecnolog¨ªa de California miembros del BICEP2, explican que ¡°con la inflaci¨®n, min¨²sculas fluctuaciones cu¨¢nticas del universo inicial se amplificaron enormemente y este proceso cre¨® ondas de densidad que generaron peque?as diferencias de temperatura en el cielo, puntos de mayor densidad que acabaron condens¨¢ndose en galaxias y grupos de galaxias; pero la inflaci¨®n tambi¨¦n habr¨ªa producido ondas gravitacionales primordiales, arrugas en el espacio-tiempo propag¨¢ndose por el universo¡±. La huella de estas ondas en la radiaci¨®n de fondo de microondas es lo que han descubierto los cient¨ªficos de BICEP2, y con una se?al m¨¢s fuerte de lo que muchos esperaban. El equipo ha estado m¨¢s de tres a?os analizando los datos para descartar cualquier error, incluido el efecto del polvo de la V¨ªa L¨¢ctea, que podr¨ªa dejar una se?al similar, pero que ha sido descartado.

?Y cu¨¢ndo fue todo eso? Si se compara la historia del universo con la vida de una persona, la teor¨ªa del Big Bang cl¨¢sica, sin inflaci¨®n, empieza en el momento en que el ni?o est¨¢ en la maternidad, reci¨¦n nacido. Con la inflaci¨®n se remonta al estado de embri¨®n¡±, se?alaba Guth.