Francis en #rosavientos: El polvo galáctico explica la señal del multiverso

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Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

El polvo galáctico explica la señal del multiverso. En marzo del año pasado fue noticia el telescopio BICEP2 del Polo Sur que observó una señal de ondas gravitacionales primordiales producidas durante la inflación cósmica en los primeros instantes del big bang. La señal observada era compatible con la idea del multiverso inflacionario y el eco mediático fue enorme. Esta semana se ha publicado el análisis más esperado de esta señal, que combina datos del telescopio espacial Planck de la ESA con los datos de BICEP2. Todo indica que gran parte de la señal observada es debido al polvo galáctico. El nuevo resultado va en contra de los modelos que predicen el multiverso. André Linde (famoso por un vídeo viral de youtube) deja de estar en la lista de candidatos firmes al Premio Nobel de Física.

Los artículos científicos son BICEP2/Keck, Planck Collaborations, “A Joint Analysis of BICEP2/Keck Array and Planck Data,” arXiv:1502.00612 [astro-ph.CO], y Planck Collaboration, “Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters,” Planck 2015 Results, 04 Feb 2015 [PDF]. Recomiendo las transparencias de la charla de L. Page, “Review of Future CMB Experiments,” Planck Meeting – Ferarra, Italy, December 2014 [Slides PDF].

En prensa puedes leer Alicia Rivera, “Adiós a las ondas del primer instante del universo, de momento,” El País, 02 Feb 2015; Agencia SINC, “El satélite Planck ‘borra’ las ondas gravitacionales del Big Bang detectadas en la Antártida,” El Mundo, 03 Feb 2015; “El ‘Van Gogh’ del satélite Planck borra las ondas gravitacionales de BICEP2,” Agencia SINC, 03 Feb 2015; Judith de Jorge, “Nunca vimos la señal del Big Bang,” ABC, 02 Feb 2015.

Dibujo20150207 CMB frequencies - BICEP2 - Thermal dust - Resonaances blog plot

En marzo de 2o14 fue noticia que el telescopio Bicep-2, en el Polo Sur, había descubierto unos patrones en el firmamento que confirmaban la existencia del multiverso. Durante el verano de 2014 surgieron dudas, pues la señal podría ser debida al polvo de nuestra galaxia. ¿En qué situación se encuentra este posible descubrimiento? Esta semana se han publicado los nuevos mapas sobre la radiación cósmica de fondo obtenidos el telescopio espacial Planck de la Agencia Europea del Espacio (ESA). Entre los nuevos resultados publicados se incluye un artículo conjunto con los científicos del telescopio Bicep-2 en relación a la señal que observaron en marzo de 2014. Lo que podría haber sido uno de los grandes descubrimientos científicos de la década, la señal de ondas gravitacionales primordiales originadas en los primeros instantes del Big Bang. Una señal de cómo era el universo cuando tenía pocas billonésimas de billonésimas de billonésimas de segundo, los llamados modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas. La señal observada por Bicep-2 era muy intensa y sugería que el 20% de la energía durante la inflación cósmica se consumió en producir ondas gravitacionales. Un valor tan grande sorprendió a muchos físicos pues se trata de una predicción de las teorías de la inflación cósmica que predicen que la existencia del multiverso inflacionario es inevitable. Las teorías de inflación eterna predicen que la inflación ocurre de forma continua, produciendo infinidad de universos burbuja con leyes físicas con parámetros diferentes. Uno de esos universos sería el nuestro. Sin embargo, la señal observada era tan intensa que se generaron muchas dudas. Varios cosmólogos afirmaron que se había subestimado la contribución del polvo galáctico. Esta semana se ha confirmado que la emisión polarizada del polvo de nuestra galaxia puede explicar toda la señal observada. Por ello el supuesto descubrimiento de Bicep-2 se ha quedado en nada, en un estudio interesante sobre el polvo galáctico en una región del cielo donde parecía que no había polvo.

Recomiendo leer a Mandeep Gill, “What BICEP2 Got Right,” Quantum Diaries, 04 Feb 2015; Matt Strassler, “How Evidence for Cosmic Inflation Was Reduced to Dust,” Of Particular Significance, 06 Feb 2015; Jester, “B-modes: what’s next,” Resónaances, 04 Feb 2015; Jester, “Weekend Plot: Inflation’15,” Resónaances, 07 Feb 2015.

Dibujo20150207 Inflation - primordial tilt - tensor-to-scalar ratio - Planck 2015 data - planck esa

Muchos oyentes recordarán el vídeo viral en youtube en el que un joven científico chino visitaba en su casa al físico Andrei Linde y le daba la noticia del descubrimiento. Se habló entonces que Linde era firme candidato al Premio Nobel de Física. ¿Cómo afecta el nuevo resultado a las teorías de Linde? El físico que visitaba al cosmólogo Andrei Linde y su mujer, Renata Kallosh, que también es cosmóloga, era el físico taiwanés Chao-Lin Kuo, de la Univesidad de Stanford, uno de los investigadores principales de la colaboración Bicep. Las teorías actuales del origen del universo requieren de la inflación cósmica, una expansión ultrarrápida, exponencial, del universo en los primeros instantes. Tras la inflación, en la fase de recalentamiento, el universo se llenó de contenido, radiación, materia y ondas en el propio tejido del espaciotiempo. No hemos observado aún esta ondas gravitacionales primordiales y las diferentes teorías para la inflación cósmica difieren en su predicción sobre la intensidad de estas ondas. Un 20% de la energía inflacionaria consumida en ondas gravitacionales, como indicaba la observación del telescopio Bicep-2, es una predicción difícil de acomodar en la mayoría de las teorías y apunta hacia las teorías de inflación caótica e inflación eterna del físico Andrei Linde, luego el resultado de Bicep-2 lo colocaba en la antesala del Premio Nobel de Fïsica, junto al físico Alan Guth. Sin embargo, otras teorías para la inflación, como las teorías del ruso Alexei Starobinsky, predicen un valor mucho más pequeño, incluso menor del 1%. Estas teorías descartan la existencia del multiverso. El nuevo resultado conjunto de los telescopios Planck y Bicep-2 publicado esta semana apunta a un valor menor del 9%. Sin embargo, como aún no se han observado los modos B, estas ondas gravitacionales primordiales, aún no hay datos suficientes para determinar con precisión el porcentaje exacto.

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La noticia el año pasado era la primera prueba de la existencia del multiverso. El nuevo resultado publicado, ¿descarta de forma definitiva el multiverso? No, la inflación eterna que predice el multiverso prefiere un valor superior al 10%. Con un valor del 20% como indicaban los datos de Bicep-2 el multiverso es inevitable. Las teorías de la inflación que predicen un multiverso tienen parámetros que se pueden ajustar para aceptar un valor por encima de un 5%. Si el valor fuera menor del 5% entonces las leyes físicas estarían en contra de la existencia del multiverso (podría existir o no existir, pero no sería una consecuencia inevitable de las leyes físicas). Por debajo del 5%, pongamos un 1%, la idea del multiverso (inflacionario) sería difícil de justificar. Pero a día de hoy todavía hay hueco para estas las teorías inflacionarias que predicen el multiverso, aunque muchos físicos las consideran poco razonables y prefieren las que predicen un único universo.

Dibujo20150207 inflationary theory model - big bang - evolution expansion universe - apologetics press org

La inflación cósmica forma parte de la nueva teoría del big bang y resuelve algunos de los problemas de la teoría antigua del big bang. ¿Exactamente qué problemas resuelve la inflación? Cuando miramos en el cielo las galaxias más lejanas, vemos que se alejan de nosotros, por ello sabemos que el universo está en expansión y en consecuencia se está enfriando. Además, la tasa de expansión, medida por la constante de Hubble, según las observaciones es constante y ha sido constante. Extrapolando hacia el pasado, en los primeros instantes tras el big bang el universo era muy pequeño, estaba muy caliente, pero tenía que ser muy homogéneo, muy isótropo (igual en todas direcciones) y muy plano (con una curvatura intrínseca nula). La razón es que ahora también lo es cuando lo observamos en las escalas más grandes que podemos observar. La tasa de expansión dada por la constante de Hubble indica que según la teoría antigua del big bang es imposible que en los primeros instantes del universo se alcanzara un equilibrio que diera lugar a estas propiedades, salvo para una condición inicial extremadamente improbable. La mejor solución a este problema de ajuste muy fino de la teoría es que el universo pasó por una fase de crecimiento exponencial justo antes del big bang, cuando el universo estaba vacío, su tamaño creció más de veinte órdenes de magnitud. La inflación acabó en un proceso llamado recalentamiento que dio lugar a la aparición del contenido del universo, toda la radiación y toda la materia aparecieron tras la inflación. Antes de la inflación el universo estaba vacío, en un estado que los físicos llamamos falso vacío. Sólo había espaciotiempo y lo que provocó la inflación cósmica. No sabemos aún cuál es la causa, hay varias opciones, pero la inflación anterior al big bang es necesaria para entender el universo que observamos en la actualidad.

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La teoría del big bang no empezó en el tiempo cero (t=0) sino que empezó tras la inflación. ¿La inflación cósmica ha sido demostrada mediante experimentos? La inflación deja huellas en el universo cuando tenía una billonésima de billonésima de billonésima de segundo que se pueden observar más tarde, por ejemplo, en la radiación cósmica de fondo. Cuatro de las cinco predicciones básicas del modelo inflacionario han sido comprobadas en los experimentos. Pero aún queda la quinta predicción, la producción de ondas gravitacionales primordiales que dan lugar a los modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas. Aún no han sido observadas estas ondas gravitacionales pues dejan marcas en el cielo de gran amplitud, ondas con un tamaño, una longitud de onda, unas cinco veces más grandes que el diámetro de la Luna. Hay muchos experimentos que están tratando de buscar esta señal. El telescopio espacial Planck y Bicep-2 la han buscado sin éxito, sin embargo, Bicep-3 y otros telescopios las siguen buscando. Muchos físicos creemos que las encontrarán en los próximos años, lo que llevará a un Premio Nobel de Física para la inflación cósmica. Los próximos años prometen ser apasionantes en cosmología observacional.

Dibujo20150211 not the big bang - starts with a bang - blog


1 Comentario

kurodo77kurodo77

En realidad aunque sería interesante descubrir las ondas gravitacionales, aún lo es más, no descubrir las ondas gravitacionales lo que se presta para tener que descubrir nueva física.