Un telescopio capta el primer “eco” del Big Bang

Científicos de EEUU detectan ondas gravitacionales que serían la primera evidencia directa de la inflación, el momento de la historia del universo en que en cuestión de segundos pasó de ser un punto diminuto a convertirse en una inmensidad



El Laboratorio Dark Sector, a un kilómetro del polo sur, aloja el telescopio BICEP2 (izquierda) responsable de la detección del eco del Big Bang en forma de ondas gravitacionales / Steffen Richter, Harvard University

Científicos de EEUU dicen haber “fotografiado” el primer eco del Big Bang, aquella descomunal explosión que dio lugar al universo hace 13.800 millones de años. En la práctica esa imagen es más bien un gráfico ininteligible para el común de los mortales. Pero escondido en ese gráfico hecho de líneas fluctuantes los científicos han detectado unas ondulaciones que no pueden corresponder a otra cosa que a ondas gravitacionales primordiales, es decir, las primeras ondas expansivas del Big Bang.















La presencia de esas ondas son la “primera evidencia directa de la inflación”, ese momento decisivo en la historia del universo en el que este aumentó explosivamente su tamaño en fracciones de segundo. También serían las “primeras imágenes de las ondas gravitacionales”, según un comunicado de prensa del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CFA).

De acuerdo con la teoría de la Relatividad de Einstein, aquel cataclismo debió generar ondas gravitacionales, una especie de ondas expansivas cuyos efectos, aunque débiles, aún podrían observarse ahora, 13.800 millones de años después. Los investigadores del experimento BICEP 2, un telescopio de microondas situado en pleno Polo Sur, dicen haber fotografiado esas ondas por primera vez. Estas ondas son “los primeros temblores del Big Bang”, según el CFA.

El descubrimiento ha sido anunciado en la web del BICEP2 e incluye un estudio detallado y esa primera imagen de las ondas gravitacionales llegadas desde el origen del universo. Los rumores de este descubrimiento llevaban circulando desde el viernes y algunos ya se atreven a especular quién ganará el Nobel por ello.

“Detectar esta señal es uno de los logros más importantes en cosmología”, ha dicho John Kovac, investigador del CFA y líder del BICEP2.
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Esta es la señal más antigua del universo, las marcas dejadas por las ondas gravitacionales en el fondo cósmico de microondas / BICEP2

Pero en realidad, lo que han hecho los científicos del BICEP2 no es del todo una foto directa de las ondas gravitacionales. Su telescopio está en el Polo Sur porque ese es el lugar de la Tierra más parecido al espacio, sin apenas humedad que distorsione el tipo de “luz” que observa. En lugar de luz visible, lo que observa este espectacular experimento es algo llamado radiación de fondo de microondas. En otras palabras, es el ruido de fondo dejado por el Big Bang en forma de partículas que aún pululan por el universo. Se trata de una radiación débil y constante que, sin embargo, llega a toda la Tierra. De todos los lugares, el Polo Sur, con su extrema sequedad de desierto helado, es el mejor sitio para captar la señal sin apenas alteraciones de la atmósfera.

Lo que los expertos han observado es un cambio en la polarización de esas microondas llegadas desde el origen del universo. La polarización es algo así como la orientación de las partículas que forman las microondas y fue creada justo en el momento del Big Bang. En concreto el equipo ha captado microondas con una determinada orientación, o, como ellos lo llaman, polarización-B. Según sus cálculos, esa polarización sólo puede deberse a que, en su largo camino hasta la Tierra, esas partículas del Big Bang han sido modificadas por las ondas gravitacionales igual que hacen las ondas en la superficie de un estanque cuando alguien tira una piedra. Pero aún hay más, porque, según las observaciones del BICEP2, este tipo de polarización solo pudo ser causada por un tipo concreto de onda gravitacional: una muy débil y muy antigua que se formó como fruto de la inflación que hizo crecer el universo más de 70 órdenes de magnitud en fracciones de segundo.

“Ese patrón arremolinado” que se ve en la imagen es “una señal única de ondas gravitacionales”, asegura Chao-Lin Kuo, investigador de la Universidad de Stanford y co-responsable del experimento. El año pasado un experimento rival, el South Pole Telescope, fue el primero en observar microondas del “modo-B”, pero en aquel caso el fenómeno no tenía la forma de esas ondas gravitacionales generadas por el Big Bang. “Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales primordiales”, ha añadido Kuo.

En la actualidad, otros equipos se afanan por captar ondas gravitacionales más recientes y mucho más potentes. Estas las causan los mayores cataclismos actuales que pueden darse en el universo, como la fusión de dos agujeros negros. En este caso, la detección más directa es posible, aunque aún nadie lo ha conseguido.
Un nobel “clarísimo”

El material, publicado por el BICEP2 en su web, señala que sus observaciones tienen una fiabilidad de 5 sigmas, es decir, una fiabilidad estadística suficiente como para reclamar un descubrimiento. Esa fiabilidad bastó, por ejemplo, para anunciar el descubrimiento del bosón de Higgs en 2013. Las señales son más intensas justo en el rango en el que los modelos teóricos indican la presencia de ondas gravitacionales. Los responsables de BICEP2 además, señalan que sus observaciones consideran poco probable que los resultados observados se deban a falsos positivos.

“Esto es un Nobel clarísimo”, opina Xavier Siemens, un experto español en cosmología que trabaja en la Universidad de Milwaukee y colabora con dos grandes detectores de ondas gravitacionales, LIGO y NANOgrav. “Por supuesto habrá que esperar a tener confirmación de otros experimentos similares, pero si se confirma, es un premio de la Academia seguro para el equipo de detección y también posiblemente para Alan Guth, quien fue el primero en teorizar la inflación”, opina Siemens.


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Gráfico que muestra cómo las ondas gravitacionales surgen tras la inflación en un periodo anterior a que hubiese luz visible en el universo / BICEP2

El experto, que no forma parte del equipo descubridor, explica que las observaciones son importantes porque “son la señal más antigua de todo el universo”. Para hacerse una idea, la radiación de fondo que capta el BICEP2 comenzó a producirse cuando el universo ya tenía “300.000 o 400.000” años. Antes el universo era totalmente oscuro, no había luz. Mucho antes, 0,00000000000000000000000000000000001 segundos después del Big Bang, la inflación generó las primeras ondas gravitacionales, esas ondas que curvan el espacio y el tiempo como si fueran la piedra que cae en el lago. “Lo que el equipo de BICEP2 ha visto es la prueba de que esas ondas gravitacionales alcanzaron a la radiación de microondas y la modificaron dejando su huella”, detalla Siemens.

Carlos Sopuerta, un investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) que trabaja en otro gran detector de ondas gravitacionales llamado LISA Pathfinder, opina que hay que ser cauto, especialmente porque este tipo de anuncios suelen “explotar” en los medios. “Es interesante y puede ser importante, pero no nos volvamos locos aún”. A la espera de analizar el estudio con detalle, sí resalta que, las observaciones “una prueba de las épocas mas primitivas que nunca hemos visto”.

Estamos viendo cómo el universo empezó a expandirse

Por Luis Álvarez-Gaumé, cosmólogo y físico del CERN

Esta no es sólo la noticia del año, es una de las grandes noticias sobre la cosmología que hemos tenido en la historia. Es comparable al descubrimiento de la expansión del Universo. Es el espaldarazo definitivo a la teoría de la inflación.

No es una detección directa de las ondas gravitacionales, como la que podrían hacer los experimentos de LIGO o VIRGO, pero lo que se observa es una consecuencia bastante directa de su existencia, y en particular su existencia es una consecuencia directa

de la inflación. Es una medida directa del momento en el que la inflación tuvo lugar, y de las escalas de energía involucradas. Sabíamos, después del descubrimiento del Higgs que hacía falta física nueva más allá del Modelo Estándar. Este descubrimiento empieza a decirnos cuales son las escalas implicadas, que curiosamente coinciden con evidencias independientes: la masa y mezcla de neutrinos, y la posible unificación de las fuerzas electromagnéticas, débiles y fuertes.

Es fascinante. Estamos viendo indirectamente cómo el universo empezó a expandirse a una velocidad gigantesca para poder hacerse tan grande como el que observamos, y con muchas de sus propiedades.







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