Juan Garc\u00eda-Bellido Las observaciones cosmol\u00f3gicas recientes apoyan un nuevo Modelo Est\u00e1ndar<\/A> de la Cosmolog\u00eda, basado en la Teor\u00eda del Big Bang y en el Paradigma Inflacionario. La Inflaci\u00f3n es un periodo de la evoluci\u00f3n del Universo primitivo en la que una densidad de energ\u00eda aproximadamente constante hace que \u00e9ste se expanda exponencialmente r\u00e1pido. Durante la inflaci\u00f3n, las fluctuaciones cu\u00e1nticas son \u00abestiradas\u00bb hasta escalas cosmol\u00f3gicas y se cree que dieron lugar a las semillas de las anisotrop\u00edas en la temperatura del fondo de radiaci\u00f3n <\/A>que observaron los sat\u00e9lites COBE<\/A> y WMAP<\/A>, as\u00ed como a las peque\u00f1as inhomogeneidades responsables de la formaci\u00f3n de estructuras c\u00f3smicas como galaxias y c\u00famulos de galaxias. Las predicciones de Inflaci\u00f3n sobre las caracter\u00edsticas espectrales de dichas anisotrop\u00edas y la distribuci\u00f3n de materia en el universo han sido confirmadas recientemente por diversas observaciones cosmol\u00f3gicas. M\u00e1s a\u00fan, la inflaci\u00f3n termina convirtiendo la enorme densidad de energ\u00eda que genera la expansi\u00f3n primordial en la radiaci\u00f3n y la materia que observamos, en un proceso llamado \u00abrecalentamiento\u00bb y considerado hoy en d\u00eda como el verdadero Big Bang de la antigua teor\u00eda. <\/P>
Universidad Aut\u00f3noma de Madrid
El violento proceso por el cual el Universo se recalienta despu\u00e9s de Inflaci\u00f3n<\/A> (esto es, el mism\u00edsimo Big Bang<\/A>), genera un fondo de ondas gravitacionales<\/A> que podr\u00eda ser observado en el futuro gracias a observatorios de ondas gravitacionales como LIGO<\/A> (actualmente en construcci\u00f3n), LISA<\/A> (un sat\u00e9lite que ser\u00e1 puesto en \u00f3rbita dentro de una d\u00e9cada) o el Big Bang Observer (propuesto recientemente). La amplitud y la forma del espectro de ondas gravitacionales contiene informaci\u00f3n sobre la \u00e9poca, aun grandemente desconocida, de la evoluci\u00f3n del Universo primitivo en la cual se convierte la enorme densidad de energ\u00eda responsable de inflaci\u00f3n en la radiaci\u00f3n y la materia que observamos hoy en d\u00eda. El descubrimiento de dicho fondo abrir\u00eda una nueva ventana al Universo primitivo. <\/P>
En un trabajo reciente, publicado en la revista Physical Review Letters, predecimos un nuevo fondo c\u00f3smico que proviene de dicho periodo, cuando enormes distribuciones de materia colisionaron a velocidades pr\u00f3ximas a la de la luz, convirtiendo una fracci\u00f3n importante de la densidad de energ\u00eda en forma de ondas gravitacionales. Estas ondas son \u00abarrugas\u00bb en el espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Su emisi\u00f3n por objetos relativistas como sistemas binarios de agujeros negros, y otros fen\u00f3menos astrof\u00edsicos violentos como las supernovas, son una de las predicciones m\u00e1s robustas de la teor\u00eda de la Relatividad General <\/A>de Einstein. De hecho, el cambio en el periodo orbital del pulsar binario PSR 1913+16 fue usado por J. Taylor y R. Hulse para obtener evidencia indirecta de su existencia, por lo que fueron galardonados el Premio Nobel en 1993. De la misma forma que los agujeros negros de un sistema binario, o las burbujas que colisionan en una transici\u00f3n de fase c\u00f3smica pueden crear una gran cantidad de ondas gravitacionales, el violento proceso del recalentamiento del Universo en el Big Bang tambi\u00e9n produce un importante fondo de ondas gravitacionales.
La forma de reconocer este nuevo fondo c\u00f3smico es a trav\u00e9s de sus caracter\u00edsticas espectrales. Es conocido que el fondo c\u00f3smico de microondas tiene exactamente un espectro de cuerpo negro a una temperatura de 2.75 grados Kelvin (unos 270 grados cent\u00edgrados bajo cero), que es uniforme a lo largo y ancho del cielo. Dicho espectro es consecuencia del hecho de que los fotones del fondo estaban en equilibrio con la materia del plasma en el momento del desacoplo, cuando el Universo ten\u00eda 380.00 a\u00f1os y se hizo transparente. Antes de ese instante el Universo es m\u00e1s parecido a una densa \u00abniebla\u00bb, donde los fotones son dispersados m\u00faltiples veces por el plasma, por lo que es imposible obtener informaci\u00f3n directa de c\u00f3mo era el universo antes del desacoplo de los fotones. Por otra parte, el fondo de ondas gravitacionales generado al final de Inflaci\u00f3n se produce cuando el plasma estaba muy lejos del equilibrio t\u00e9rmico y la enorme densidad de energ\u00eda de Inflaci\u00f3n se estaba convirtiendo violentamente en radiaci\u00f3n y materia, pero a\u00fan no hab\u00eda termalizado. De hecho, el espectro predicho es m\u00e1s parecido a un espectro turbulento y los detalles espectrales (la amplitud para un rango de frecuencias) contienen gran cantidad de informaci\u00f3n sobre el proceso de recalentamiento, y podr\u00eda ser la ventana a mecanismos tan misteriosos hoy en d\u00eda como la generaci\u00f3n de la asimetr\u00eda materia- antimateria o el origen de la materia oscura.
Debido a que la interacci\u00f3n gravitacional es tan d\u00e9bil, las ondas gravitacionales producidas entonces se desacoplan inmediatamente del plasma y viajan sin obst\u00e1culos hasta nosotros. Si en un futuro pudi\u00e9ramos detectar este fondo, estar\u00edamos viendo c\u00f3mo era el Universo una trillon\u00e9sima de segundo despu\u00e9s del Big Bang, en lugar de los 380.000 a\u00f1os del fondo de radiaci\u00f3n de microondas. Naturalmente, la misma raz\u00f3n por la cual las ondas gravitacionales viajan sin impedimento hasta nosotros desde el Universo primitivo es lo que las hace tan dif\u00edciles de detectar. De manera que es necesario emplear enormes dispositivos como los interfer\u00f3metros de ondas gravitacionales LIGO, LISA o BBO para medirlas. La detecci\u00f3n directa de ondas gravitacionales por estos observatorios es uno de los mayores retos cient\u00edficos que tiene la humanidad en estos momentos, y su logro abrir\u00eda las puertas a una nueva exploraci\u00f3n del cosmos, comparable a la revoluci\u00f3n que sufri\u00f3 la Astronom\u00eda con la apertura de las sucesivas ventanas al radio, infrarrojo, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Estos observatorios de ondas gravitacionales podr\u00edan servirnos para detectar el fondo c\u00f3smico de ondas gravitacionales predicho y as\u00ed nos permitir\u00edan caracterizar el periodo inflacionario, el mecanismo de conversi\u00f3n de energ\u00eda en materia, y posiblemente el origen de la asimetr\u00eda materia-antimateria. Creo que no debemos perder la oportunidad de usar este fondo para mirar atr\u00e1s en el tiempo al origen de nuestro Universo.
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