El Big Bang: detectan los ecos del origen del Universo

En un descubrimiento extraordinario, un equipo internacional de científicos liderado por John Kovac, radioastrónomo del Centro para la Astrofísica Harvard Smithsoniano, de Cambridge, acaba de correr el velo de los primeros instantes del universo, un período al que algunos se refieren como las "épocas oscuras" del cosmos, porque aún no existían ni estrellas ni galaxias.

Con un telescopio ubicado en el Polo Sur, Bicep 2, Kovac y sus colegas lograron tomar "una instantánea" de las huellas que dejaron en el espacio-tiempo ondas producidas por la explosión inicial una mil millonésima de billonésima de billonésima de billonésima de segundo después del Big Bang.

El hallazgo ofrece la primera evidencia directa del "período inflacionario", en el que el universo habría ido desde un tamaño menor al de un átomo hasta el de una pelota de fútbol. Además, probaría la predicción de Einstein de que el Big Bang produjo "ondas gravitacionales", un efecto que se desprende de su teoría de la relatividad general, formulada en 1916. Los trabajos del físico argentino Matías Zaldarriaga fueron una pieza crucial para que el descubrimiento fuera posible.

Matías Zaldarriaga es investigador del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. Entre 1993 y 1994, cuando era estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA), el físico argentino propuso qué era lo que había que buscar en la radiación cósmica de fondo, ese residuo del universo primigenio descubierto por azar por Penzias y Wilson en 1965, para encontrar el rastro del amanecer del tiempo y el espacio.

"La radiación cósmica de fondo es la luz que quedó del Big Bang -explicó Zaldarriaga durante una entrevista con LA NACION en 2010, cuando ya estaba en marcha el experimento Bicep-. (...) Creemos que los mapas de las diferencias en esa radiación encierran claves de cómo empezó todo."

Trabajando junto con Diego Harari, investigador del Centro Atómico Bariloche, Zaldarriaga dedujo que allí había "datos" que permitirían probar si efectivamente existió el Big Bang y luego la dramática expansión del período inflacionario.

Son los referidos a la "polarización" de la radiación cósmica de fondo (esto es, que las oscilaciones electromagnéticas ocurren con algo más de preferencia en un plano que en otros).

"Es un efecto que se produce porque la luz que nos llega [de la explosión inicial] no lo hace exactamente igual en todas las direcciones -afirmaba en esa entrevista-, es un poquito diferente, y esa diferencia está relacionada con cuál era la temperatura... hay regiones que estaban un poquito más calientes que otras. Si se hacen mapas suficientemente detallados de la polarización en cada dirección del cielo, hay ciertas propiedades que te permiten detectar algo del principio del universo."

Las ondas gravitacionales comprimen y expanden el tiempo y el espacio a medida que se desplazan a la velocidad de la luz, y así distorsionan el fondo de radiación cósmica, también llamado el eco del Big Bang. Zaldarriaga calculó exactamente qué tipo de polarización había que buscar. Se la llamó "polarización de modo B", y es precisamente la que ahora detectaron Kovac y su equipo.

"Si uno mueve una carga, se producen ondas electromagnéticas (luz) que llevan esa información a otras cargas y las hacen mover -explicó el último fin de semana Zaldarriaga desde Princeton, cuando ya crecían los rumores de un anuncio espectacular-. Las ondas gravitacionales hacen lo mismo, pero para la fuerza de la gravedad."

"Cuando uno mueve cualquier masa/energía -añadió- se emiten ondas gravitacionales que llevan esa información. Las del período inflacionario hoy siguen viajando en el universo, pero llevan tan poca energía que hasta ahora no se habían podido detectar. No sólo son un fósil de la época de la inflación, sino que nos permiten saber qué tan rápido se estaba expandiendo el universo en ese momento. La producción de esas ondas gravitacionales durante la inflación es además un fenómeno cuántico, similar a la radiación de Hawking. De modo que esta medición nos da información sobre la teoría cuántica de la gravedad."

"Una onda gravitacional estira y comprime a su paso los objetos que cruza, de manera distinta en distintas direcciones -detalla Harari-. Pero es un efecto tan minúsculo que aún no había sido posible detectarlo en forma directa ni con los experimentos más sofisticados, como el LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Había evidencia indirecta de que una estrella orbitando alrededor de otra emite ondas gravitacionales tal cual lo predijo Einstein. Eso está confirmado desde 1974. En cuanto a ondas gravitacionales «primordiales», generadas durante el Big Bang, hasta ahora no se habían logrado evidencias directas ni indirectas, por lo tenue de los efectos que se estima que producen."

Según Harari, los astrofísicos habían calculado que podría haber dos patrones muy distintos de polarización, llamados modos "E" y "B" por sus características parecidas a las de un campo eléctrico (E) o magnético (B).

"Matías Zaldarriaga hizo contribuciones fundamentales para entender cómo identificar estos dos modos de polarización diferentes en la radiación cósmica de fondo, y a través de ellos desentrañar la presencia de ondas gravitacionales primordiales. Hasta ahora sólo se habían podido identificar los modos E (...) pero no se habían detectado los modos B con las características esperadas si los produjeron ondas gravitacionales primordiales."

El Bicep 2 no es el primer experimento que intentó encontrar señales de las ondas gravitacionales. Otros lo precedieron, aunque sin suerte. También estaban ubicados en el Polo Sur. "Es lo más cerca que uno puede estar del espacio sin abandonar la Tierra -explicó Kovac-, uno de los lugares más secos y con los cielos más claros del planeta. Es perfecto para observar las tenues microondas del Big Bang."

Matías Zaldarriaga

Investigador

Profesión: físico

Edad: 42 años

Origen: nació en el barrio porteño de Coghlan. Estudió en el colegio Belgrano Day School y se graduó en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA). Vive en los Estados Unidos desde 1989 y tiene dos hijas

Por Nora Bär

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