Calculan por primera vez la frecuencia de las primeras ondas gravitacionales del universo

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Por primera vez, físicos teóricos de la Universidad de Basilea han calculado la señal de fuentes específicas de ondas gravitacionales que emergieron fracciones de segundo después del Big Bang. La fuente de la señal es un fenómeno cosmológico remoto llamado “oscilón”. Los resultados han sido publicados en la revista Physical Review Letters.

Confirmación de las ondas gravitacionales

Aunque Albert Einstein ya había predicho la existencia de ondas gravitacionales, su existencia no fue probada hasta el otoño de 2015, cuando detectores altamente sensibles recibieron las ondas formadas durante la fusión de dos agujeros negros [del que ¡QFC! se hizo eco en este vídeo]. Las ondas gravitacionales son diferentes del resto de ondas conocidas. A medida que viajan a través del universo, comprimen y dilatan el continuo espacio-tiempo; en otras palabras, distorsionan la geometría del espacio mismo [Puedes leer qué es el espacio-tiempo aquí]. Aunque todas las masas aceleradoras emiten ondas gravitacionales, éstas sólo pueden medirse cuando la masa es extremadamente grande, como ocurre con los agujeros negros o las supernovas [como explicamos aquí].

Las ondas gravitacionales nos traen información del Big Bang

Sin embargo, las ondas gravitacionales no sólo proporcionan información sobre este tipo de principales eventos astrofísicos, sino que también ofrecen una visión de la formación misma del universo. Para aprender más acerca de esta etapa del universo, el Prof. Stefan Antusch y su equipo del Departamento de Física de la Universidad de Basilea están llevando a cabo investigaciones sobre lo que se conoce como el fondo estocástico de ondas gravitacionales. Este fondo consiste en ondas gravitacionales de un gran número de fuentes que se superponen entre sí, produciendo conjuntamente un amplio espectro de frecuencias. Los físicos basados ​​en Basilea han calculado los rangos de frecuencia e intensidades predichas para las ondas, las cuales pueden ser probadas a través de experimentos.

Un universo altamente comprimido

Poco después del Big Bang, el universo que vemos hoy era todavía muy pequeño, denso y caliente. “Imagina algo del tamaño de un balón de fútbol”, explica Antusch. Todo el universo estaba comprimido en este espacio muy pequeño, y era extremadamente turbulento. La cosmología moderna entiende que en ese momento el universo estaba dominado por una partícula conocida como inflatón y su campo asociado.

Los oscilones generan una potente señal

Simulación por ordenador de un oscilón, una fuerte fluctuación localizada del campo de inflación del universo temprano. Según cálculos del Prof. Stefan Antusch y su equipo, los oscilones produjeron un pico característico en lo que de otro modo sería un espectro amplio de ondas gravitacionales. Imagen: Departamento de Física, Universidad de Basilea.

El inflatón sufrió fluctuaciones intensas con propiedades especiales. Por ejemplo, formaron aglutinaciones que provocaron su oscilación en regiones localizadas del espacio. Estas regiones se denominan oscilones y pueden imaginarse como ondas estacionarias. “Aunque los oscilones ya dejaron de existir, las ondas gravitacionales que emitieron son omnipresentes, y podemos usarlas para echar la vista atrás más que nunca”, dice Antusch.

Mediante el uso de simulaciones numéricas, el físico teórico y su equipo fueron capaces de calcular la forma de la señal del oscilón, que se emitió sólo fracciones de segundo después del Big Bang. Aparece como un pico pronunciado en el espectro de lo que de otro modo sería un espectro bastante amplio de ondas gravitacionales. “Nunca habríamos pensado que nuestros cálculos de los oscilones podrían producir una señal tan fuerte a una frecuencia específica”, explica Antusch. Ahora, como un segundo paso, los físicos experimentales deben demostrar realmente la existencia de la señal usando detectores.

Artículo original publicado por la Universidad de Basilea. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-02-13T14:47:27+00:00