Una vista de las diferencias de temperatura en el fondo cósmico de microondas, generada cuando la galaxia tenía menos de 400,000 años, hecha a partir de nueve años de observaciones de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP).
(Imagen: © NASA)
Paul Sutter es astrofísico en la Universidad Estatal de Ohio y científico jefe en el centro de ciencias COSI. Sutter también es presentador de "Ask a Spaceman", "Space Radio" y dirige AstroTours en todo el mundo. Sutter contribuyó con este artículo a Expert Voices de Space.com: Op-Ed & Insights.
El modelo Big Bang es nuestra explicación más exitosa de la historia del universo en el que vivimos, y es ridículamente fácil encapsular su marco central en una sola oración, T-shirtable: Hace mucho tiempo, nuestro universo era mucho más pequeño. De esta simple afirmación surgen importantes predicciones comprobables que han sido verificadas por décadas de observación. La tasa de expansión del universo. El fondo cósmico de microondas. La producción de los elementos más ligeros. Las diferencias entre galaxias cercanas y lejanas. Todas las jugosas líneas de evidencia que hacen de la cosmología una ciencia.
Pero hay algunos problemas. [El universo: Big Bang hasta ahora en 10 sencillos pasos]
El modelo Big Bang "vainilla", sin ninguna otra adición o enmienda, no puede explicar todas las observaciones.
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Ojos en el horizonte
Podemos ver un enorme volumen de espacio en bruto. Nuestro universo observable tiene más de 90 mil millones de años luz de diámetro. Y cuanto más lejos miramos, más profundo nos adentramos en el pasado. A nuestro alrededor está el fondo cósmico de microondas, la luz fósil sobrante liberada cuando el universo apenas era un recién nacido: solo 270,000 años, más de 13.8 mil millones de años en el pasado.
Esa luz nos llega desde lejanos confines del cosmos, tan distante que ahora es inaccesible para nosotros. Y diferentes secciones de esa luz de fondo son inaccesibles entre sí. En la maravillosa jerga de la física, las regiones del fondo cósmico de microondas no están causalmente conectadas. En otras palabras, para que una parte de los límites de nuestro universo observable se comunicara con otra parte en los últimos 13.800 millones de años, habrían tenido que enviar señales más rápido que la velocidad de la luz.
Lo que no sería un gran problema si el fondo cósmico de microondas no fuera casi perfectamente liso. El universo infantil tenía la misma temperatura en una parte en un millón. ¿Cómo se coordinaron todos tan bien cuando los cambios en un área no tuvieron suficiente tiempo para afectar a otros?
Recto y estrecho
Lo mejor que podemos medir, la geometría de nuestro universo parece ser perfecta, totalmente, siempre aburrida y plana. En grandes escalas cósmicas, las líneas paralelas permanecen paralelas para siempre, los ángulos interiores de triángulos suman 180 grados, y así sucesivamente. Se aplican todas las reglas de geometría euclidiana que aprendiste en la escuela secundaria.
Pero no hay razón para que nuestro universo sea plano. A grandes escalas, podría haber tenido cualquier curvatura antigua que quisiera. Nuestro cosmos podría haber tenido la forma de una pelota de playa gigante y multidimensional, o una silla de montar a caballo. Pero, no, se estropeó. Y no solo un poco plano. Para que no midamos ninguna curvatura con una precisión de un pequeño porcentaje en el universo actual, el joven cosmos debe haber sido plano en una parte en un millón.
¿Por qué? De todas las opciones posibles para la curvatura, ¿no parece un poco sospechoso casi completamente plano? Y de hecho, sospechamos que hay una razón para la planitud, y no es solo una tirada de suerte.
Solo un poste
Los monopolos magnéticos son bestias teóricas; fracturas en el espacio-tiempo en sí que solo exhiben uno de los polos magnéticos: imagine una partícula de polo norte o sur deambulando en su solitario. (En la materia tal como la conocemos, un objeto con norte magnético también tendrá un sur magnético en el otro extremo.) Según nuestros mejores modelos del universo extremadamente temprano (como en, cuando tenía alrededor de 10 ^ -35 segundos de antigüedad, y no, eso no es un error tipográfico) proceso exótico debería haber inundado absolutamente nuestro cosmos con estos desagradables
Estos monopolos deberían ser tan comunes que serían una parte normal de nuestras vidas cosmológicas cotidianas. Y, sin embargo, no hemos visto evidencia de una sola. Cero. Nada. Ningún monstruo monopolo parece estar al acecho en las aguas salobres del universo oscuro.
Entonces, ¿a dónde fueron? Deberían haberse fabricado en abundancia justo cuando nuestro universo se estaba volviendo interesante, pero no se encuentran en ninguna parte.
Solo hazlo grande
La mejor solución que tenemos para estos acertijos es un proceso llamado inflación. La idea se propuso por primera vez, ¡y se acuñó! - por el físico Alan Guth en 1980 cuando sugirió que el mismo proceso exótico que inundó el universo con monopolos magnéticos podría haber enviado al cosmos a un período de expansión asombrosamente rápida.
Imagínese si le abofeteara (su cuerpo, tripas, cerebro, esqueleto, todo el asunto) al tamaño de todo nuestro universo observable. E imagina que me tomó menos de 10 ^ -32 segundos hacerlo. Esa es una expansión seria, y precisamente lo que entendemos por inflación. Cuando nuestro universo era increíblemente joven, propuso Guth, inflado a escalas gigantescas en menos de un abrir y cerrar de ojos.
Para Guth, esa fue la ruta más limpia para resolver el problema monopolo. Al hacer el universo tan maldito grande, los monopolos simplemente se diluyen. Nuestro parche observable del universo no es más que un pequeño rincón de todo el shebang, y hay tanto volumen por ahí que no deberíamos esperar encontrar un monopolo, como nunca.
Esta época inflacionaria también resuelve las otras dos deficiencias del Big Bang de vainilla. El universo preinflacionario tuvo mucho tiempo para coordinar e igualar las temperaturas antes de pasar a un estado mucho más grande, arrojando regiones que una vez estuvieron conectadas fuera de un mayor contacto. Y en un cosmos tan tremendamente enorme, no pudimos evitar medir una geometría plana en nuestro parche observable. A quién le importa cuál es la curvatura de todo el universo: es tan grande que nos parecerá plana. La Tierra es curva, pero mi patio trasero es bonito y plano, porque es mucho más pequeño que la superficie de nuestro planeta. Simplemente aplique esa misma lógica a las escalas cosmológicas y estará dorado.
Aún así, los mecanismos subyacentes a la inflación son poco conocidos, y para ser considerada una teoría científica medio decente, no solo puede explicar las observaciones actuales sino hacer predicciones para las futuras.
Y esa será la historia para otro día.
Obtenga más información escuchando el episodio "¿Por qué necesitamos inflación cósmica? (Parte 2)" en el podcast Ask a Spaceman, disponible en iTunes y en la web en http://www.askaspaceman.com. Gracias a Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. y @scaredjackel por las preguntas que llevaron a esta pieza. Haga su propia pregunta en Twitter usando #AskASpaceman o siguiendo a Paul @PaulMattSutter y facebook.com/PaulMattSutter. Síganos en Twitter @Spacedotcom y en Facebook. Artículo original en Space.com.
