Se comprueba que el universo carece de direcciones

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¿Miras alguna vez al cielo nocturno y te preguntas si el espacio es realmente el mismo en todas las direcciones o si el cosmos podría estar girando alrededor de sí mismo como una gran peonza? Ahora, un equipo de cosmólogos ha utilizado la radiación más antigua que existe, el resplandor del big bang, o la radiación de fondo de microondas (CMB por sus siglas en inglés), para mostrar que el universo es “isotrópico”, o igual independientemente de qué manera lo mires: no existe ningún eje de giro ni cualquier otra dirección especial en el espacio. De hecho, se estima que sólo hay una posibilidad de entre 121.000 de que exista una dirección a la que tienda, que es la mejor prueba presentada hasta la fecha para un universo isótropo. Este hecho debe proporcionar una cierto alivio para los cosmólogos, cuyo modelo estándar de la evolución del universo se basa en la suposición de tal uniformidad.

“Es un análisis mucho más amplio que en los casos anteriores”, explica Anthony Challinor, un cosmólogo de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, que no participó en la obra. “La cuestión de cómo es de isotrópico el universo es de fundamental importancia”.

En 1543, Nicolás Copérnico desplazó a la Tierra y a la humanidad del supuesto centro del universo con su observación que mostraba cómo la Tierra giraba alrededor del Sol, y no al revés. Esa observación dio a luz al principio de Copérnico, que sostiene que no tenemos un lugar especial en el universo infinito y sin centro. A principios del siglo 20, con el advenimiento de la teoría general de la relatividad de Einstein y la observación de que el universo se expande en todas las direcciones, esa idea se convirtió en el principio cosmológico, que supone que el universo es igual en todas partes y en todas las direcciones. En términos más elegantes, el universo es a la vez homogéneo e isótropo.

(Imagen ampliable) Heliocentrismo de Copérnico

El principio tiene sus limitaciones. Como bien muestra la existencia de estrellas y galaxias, la materia no se distribuye de la misma manera en todas partes. Esto, asumen, se debe a que el universo nació como una sopa homogénea de partículas subatómicas en el big bang. A medida que el universo pasó por una etapa de crecimiento exponencial llamado inflación, aquellas fluctuaciones cuánticas diminutas en esa sopa se expandieron hasta alcanzar tamaños pantagruélicos, proporcionando las variaciones de densidad que engendrarían las galaxias. Sin embargo, el modelo estándar de la cosmología se basa en la suposición de que, en las escalas más grandes, estas variaciones son insignificantes, y el espacio es homogéneo e isótropo.

Pero no tiene por qué ser necesariamente así. En teoría, es posible que el espacio sea igual de uno a otro punto, pero aun así tener direcciones especiales, así como un cristal de diamante tiene una densidad uniforme, pero igualmente cuenta con direcciones específicas en las que los átomos quedan alineados en filas. Incluso se llegaron a identificar algunos indicios de tal “anisotropía” en la década de 2000, cuando las mediciones de la nave espacial WMAP de la NASA sugirieron que algunas ondulaciones sutiles en la abigarrada CMB parecían alinearse a lo largo de un llamado “eje del mal”, que la mayoría de los investigadores descartaron como una casualidad estadística.

Ahora, Daniela Saadeh y Andrew Pontzen, cosmólogos del University College de Londres en el Reino Unido y sus colegas han descartado direcciones especiales con la prueba más rigurosa realizada hasta la fecha. También utilizan mediciones de la CMB, pero esta vez tomada con la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea, que recopiló datos de 2009 a 2013 y proporcionó mapas mucho más precisos de la CMB que WMAP. En lugar de buscar llamativos desequilibrios en el CMB, trabajaron sistemáticamente al revés. Consideraron todas las maneras en que el espacio podría tener una dirección preferida y analizaron el modo en que tales escenarios podrían haber dejado su marca impresa en el CMB. Luego buscaron dichos signos específicos en los datos.

(Imagen ampliable) Planck y la radiación de fondo de microondas. Imagen: Colaboración de ESA y Planck – D. Ducros

Por ejemplo, el espacio podría expandirse a diferentes velocidades a lo largo de diferentes ejes. Tales diferencias en la expansión harían que la radiación de algunas direcciones se estirara hacia longitudes de onda más largas que en otros, y el resultado quedaría plasmado en el CMB como una gran diana. O bien, el espacio podría estar girando alrededor de un eje en particular, lo que crearía un patrón en espiral en el CMB. Por último, el universo primigenio podría haber sido agitado por distorsiones en el espacio mismo conocidas como ondas gravitacionales, de las que hablamos no hace mucho aquí, lo que provocaría el estiramiento de todo el cosmos en una dirección dada y la comprimirían en la dirección perpendicular. Ese tipo de movimiento dejaría espirales más complejas en el CMB. En total, los investigadores identificaron cinco patrones potenciales o “modos” en el CMB que pudieran indicar algún tipo de dirección especial en el espacio.

Mediante el uso de un superordenador, Saadeh, Pontzen y sus colegas buscaron evidencias de tales patrones que pudieran permanecer ocultos tras las variaciones aleatorias de la temperatura del CBM; un proceso no muy diferente a tratar de identificar una débil imagen en una pantalla de televisión analógica que sólo reproduzca ruido blanco (nieve o, como llaman algunos, carreras de hormigas). Para aportar a su estudio todavía más robustez, también buscaron patrones análogos en la polarización de las microondas del CMB, que Planck también había medido. Para tres de los cinco patrones, “los datos de polarización son la sentencia final”, dice Saadeh.

Otros habían realizado pruebas similares en busca de signos de que el universo estuviera girando, pero Saadeh, Pontzen y sus colegas mejoraron la precisión de una señal de este tipo en hasta 10 veces. También ponen límites a todos los otros tipos de anisotropía, según mencionan en Physical Review Letters. “Por primera vez, realmente excluimos anisotropía”, dice Saadeh. “Antes, sólo era que no había sido explorado”.

Pero, ¿cuál es la importancia de este avance? Eso es difícil de juzgar, comenta Challinor, ya que no hay alternativas convincentes para el modelo estándar de la cosmología que predigan exactamente cómo debería ser un universo anisotrópico. “El problema es, ¿con qué lo comparas?” pregunta. Aun así, señala, “esta suposición es cosmología fundamental” por lo que “es muy importante comprobarla”.

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2017-02-02T13:25:32+00:00