Así como las olas del océano dan forma a nuestras costas, las ondas en el espacio-tiempo pueden haber colocado alguna vez al Universo en un camino evolutivo que condujo al cosmos tal como lo vemos hoy. Una nueva teoría sugiere que las ondas gravitacionales –en lugar de partículas hipotéticas llamadas inflatones– impulsaron la expansión temprana del universo y la redistribución de la materia en él.
“Durante décadas, hemos intentado comprender los primeros momentos del Universo utilizando modelos basados en elementos que nunca hemos observado”, explica el primer autor del artículo, el astrofísico teórico Raúl Jiménez, de la Universidad de Barcelona.
Lo que hace que esta propuesta sea tan emocionante es su simplicidad y verificabilidad. No añadimos elementos especulativos, sino que demostramos que la gravedad y la mecánica cuántica podrían ser suficientes para explicar el origen de la estructura del cosmos.
No sabemos con certeza cómo se desarrollaron las primeras etapas del Universo tras el Big Bang, hace unos 13.800 millones de años. Lo único que los científicos pueden hacer por ahora es elaborar teorías que se ajusten a la física del Universo que observamos.
Esas teorías son bastante buenas, pero presentan claras deficiencias. Tomemos como ejemplo el descubrimiento por el JWST de un gran número de galaxias masivas en una etapa más temprana del universo de lo que los cosmólogos esperaban.
La cronología actualmente aceptada de la evolución del Universo implica un período de rápida expansión, o inflación, justo después del Big Bang. Desde un único punto unidimensional de densidad infinita —una singularidad, la descripción matemática del Universo justo antes del Big Bang—, el Universo se infló rápidamente, llenándose de una sopa de plasma caliente que, al enfriarse, formó materia.
El inflatón es una partícula especulativa o campo cuántico que los científicos utilizan para explicar la inflación cosmológica y la sorprendente uniformidad del cosmos. En teoría, esta partícula impulsa la rápida expansión del Universo, permitiendo al mismo tiempo variaciones en la densidad de la masa de plasma que finalmente se condensa en agujeros negros, galaxias, estrellas y todos los demás fragmentos de materia dispersos por el Universo.
Sin embargo, a pesar de nuestros mejores esfuerzos, los físicos no han encontrado ninguna otra evidencia que sustente la existencia del inflatón. Jiménez y sus colegas querían saber si existe otra manera: si podemos explicar la evolución temprana del Universo utilizando parámetros diferentes que dependan menos de elementos especulativos.
Comenzaron con un modelo muy simplificado del Universo real, consistente con la relatividad general y las observaciones actuales de la expansión del Universo, denominado espacio de De Sitter. Dentro de este campo, las fluctuaciones cuánticas en el espacio-tiempo —es decir, las ondas gravitacionales— pueden generarse mediante un tipo de turbulencia denominada perturbaciones tensoriales.
Se cree que el universo actual está lleno de ondas gravitacionales. Son las ondas generadas en el espacio-tiempo por perturbaciones masivas. Las que podemos detectar actualmente se generan por colisiones entre objetos masivos y densos, como estrellas de neutrones y agujeros negros, pero los físicos creen que todo el universo vibra con un zumbido constante de fondo de ondas gravitacionales demasiado grandes para que podamos detectarlas (todavía). Los investigadores descubrieron que las ondas gravitacionales generadas por perturbaciones tensoriales en su modelo de espacio-tiempo podrían crear variaciones de densidad en el plasma primordial por sí solas, además de impulsar la expansión temprana del Universo.
Con el tiempo, estas variaciones crearían grupos lo suficientemente densos como para colapsar bajo la gravedad y formar las semillas del Universo primitivo: las primeras estrellas, galaxias y agujeros negros.
Es una solución muy elegante y elimina la dependencia de hipótesis como fuerza impulsora detrás de la evolución temprana de todo el Universo, aunque se necesita más trabajo para verificarlo, por supuesto.
Sin embargo, “nuestro mecanismo propuesto podría eliminar la necesidad de un escenario dependiente del modelo: la elección de un campo escalar, como el inflatón, para impulsar la inflación”, escriben los investigadores.
Su trabajo ha sido publicado en Physical Review Research.
Fuente: Science Alert.