Un patrón extraño es visible en la imagen del Universo temprano obtenida del telescopio Planck: las fluctuaciones de temperatura en la parte del cielo a la derecha de la línea gris son más fuertes que en su parte a la izquierda de la línea
Si nuestro universo se estrellara contra uno vecino en el momento de su fuerte crecimiento en el primer segundo de existencia, tal colisión dejaría una marca. Y
Matthew Kleban cree que está observando tal rastro en la más detallada de las fotografías existentes del amanecer del Universo. La imagen de satélite
confirma la conclusión
extraída de la foto anterior: la mitad del espacio joven era más grueso que la otra.
Como no hay suficiente otra información sobre lo que sucedió en los primeros momentos de la existencia del Universo, Kleban, junto con docenas de cosmólogos-teóricos, está tratando de reunir la historia del origen del espacio en base a una nueva pista granulada.
Matthew Kleban, profesor asociado de física en la Universidad de Nueva York y la estudiante graduada Marjorie Shillo discuten la colisión de dos burbujas del universo"Cuando chocaron entre sí, surgió una onda de choque que se extendió por todo nuestro universo", dijo Kleban. Tal ola, si esto es precisamente lo que muestra la imagen, serviría como prueba de la hipótesis del multiverso, la idea conocida pero no comprobada de que nuestro Universo es solo uno de un número infinito de universos que surgen en un vasto vacío.
La mayoría de los cosmólogos creen que este rastro puede ser falso.
"Este es un juego de alto riesgo", dijo
Mark Camionkowski , profesor de física y astronomía en la Universidad. John Hopkins, quien propuso varios modelos nuevos del Big Bang, explicando la asimetría entre las dos mitades del espacio. "Nos gustaría saber aún más sobre el origen del universo, pero la naturaleza no nos da demasiadas pistas". La asimetría "puede ser una desviación estadística", dice Kamionkowski, "o puede ser la punta del iceberg".
Todos juzgarán el tiempo o las pruebas difíciles.
La asimetría de nuestro Universo se puede rastrear en la radiación relicta: el resplandor residual que queda desde el momento en que el Universo se volvió transparente 380,000 años después del Big Bang. La niebla de partículas cargadas, que hasta entonces llenaba el espacio, se enfrió lo suficiente como para condensarse en átomos neutros, y liberó la luz, que por primera vez podría viajar sin obstáculos. En los últimos años, el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea ha recopilado una imagen de 50 megapíxeles de esta luz proveniente de todos los lados, y cada fotón recibido tiene una temperatura registrada a la que se emitió hace 13 mil millones de años.
Los cosmólogos creen que las fluctuaciones cuánticas de los tiempos del Big Bang se extendieron durante el crecimiento exponencial, conocido como inflación, y se convirtieron en lugares cálidos y fríos que sirvieron como semillas de galaxias y huecos.
La radiación de las reliquias muestra que la temperatura en el Universo de 380,000 años era casi uniforme, y se desvió del promedio en solo 1 parte de 100,000. Se cree que las áreas relativamente frías y calientes, las semillas de futuras galaxias y vacíos, provenían de fluctuaciones cuánticas, aleatorias explosiones de energía amplificadas durante el crecimiento exponencial en el primer momento de la existencia del universo, conocido como inflación.
Los cosmólogos quieren rastrear este proceso hasta la causa de su ocurrencia.
En ausencia de ideas sobre cómo funciona la física en el estado extremadamente caliente y comprimido que existía en el Universo recién nacido, los físicos usan el "modelo de juguete" del evento: el campo de inflación, que llena todo el espacio, entró en un estado inestable después de unos 10
-36 s después del Big Bang, lo que condujo a una hinchazón espacial de 10
78 veces, después de lo cual el campo de inflación se estabilizó nuevamente después de
10-30 s. Según este modelo, se suponía que el cosmos se estiraría de manera uniforme y se convertiría en una distribución uniformemente aleatoria de áreas calientes y frías en el CMB. Pero los datos refutan esta opinión.
"Por un lado, los parches fríos y calientes son más calientes y más fríos que por el otro", explica Kamionkowski.
La
sonda de anisotropía de microondas Wilkinson , o WMAP, descubrió por primera vez evidencia de que las fluctuaciones en la mitad de la radiación CMB son más fuertes que la otra en 2007. Pero luego podría atribuirse a un error de medición. El mapa de Planck reforzó esta evidencia y mostró fluctuaciones en mayor detalle, lo que permitió a los físicos dejar caer varias explicaciones y llegar a otras.
La asimetría de las fluctuaciones de temperatura del Universo, así como la diferencia topográfica en los territorios de los Estados Unidos, se ve mejor en las escalas más grandes. Un metro cuadrado de tierra en Colorado no es mucho más accidentado que un metro cuadrado en Indiana, pero con el aumento de las montañas y los valles de Colorado se hace mucho más visible. "Una parte del cielo se puede imaginar como Indiana y la otra como Colorado", dice Donghu Jong, Ph.D. del grupo Kamionkowski. - Estas fluctuaciones son muy extrañas. Es difícil imaginar por qué surgieron ".
Algunos cosmólogos creen que esta es una desviación estadística. Las posibilidades de que tal asimetría pueda aparecer accidentalmente en el nacimiento del Universo están en el rango de 0.1% a 1%, casi lo mismo que las posibilidades de que una moneda arrojada salga ocho veces seguidas.
"Si apostara dinero, apostaría por las fluctuaciones", dijo
Sean Carroll , cosmólogo del Instituto de Tecnología de California. - Pero el punto es que no estamos jugando por dinero. Si esta información nos dice algo sobre el universo primitivo, puede ser extremadamente importante ".
Los cosmólogos ya han presentado varias teorías competitivas que explican cómo los eventos durante e inmediatamente después del Big Bang podrían crear esta asimetría.
Pocas personas creen que el modelo de juguete, en el que apareció repentinamente el campo de inflación, puede explicar completamente lo que dio origen al universo. Este campo puede resultar ser una de las dimensiones reducidas adicionales del espacio, que nos dice la hipotética "teoría de todo", la teoría de cuerdas, en la que, muy probablemente, debería haber varios campos inflacionarios. En un
trabajo en arXiv.org,
John MacDonald , un cosmólogo de la Universidad de Lancaster en Gran Bretaña, mostró que un modelo de dos campos puede explicar la asimetría de la radiación reliquia si el segundo campo
curvatónico decae al final de la inflación y después de la formación de materia oscura.
Como otra explicación dada
en un artículo para la revista Physical Review D, Kamionkowski y sus colegas calcularon que la asimetría podría surgir de variaciones en ciertos parámetros cosmológicos en diferentes lugares del universo. Uno de los modelos más probables, que describe un cambio del 6% en el parámetro de un extremo del Universo al otro, "está bastante de acuerdo con las observaciones", dijo Kamionkowski. El parámetro puede estar vinculado a varios defectos espacio-temporales que, según algunas teorías, podrían convertirse en catalizadores de la inflación.
O, como lo muestran Kleban y sus colegas en un
artículo publicado en
Physical Review D y en su próximo trabajo, la asimetría podría aparecer como resultado de una fuerte colisión de dos universos o dos puntos de nuestro Universo. En la hipótesis del multiverso, las burbujas a menudo deben surgir una cerca de la otra y colisionar. Las burbujas también pueden chocar consigo mismas durante la expansión alrededor de una dimensión espacial retorcida (uno puede imaginar un círculo creciendo en la superficie de un cilindro). Tal colisión podría desencadenar la inflación.
Si la onda de choque de tal colisión se puede ver en la radiación relicta, esto será una evidencia clara a favor de la teoría del multiverso, dice Kleban. Pero, muy probablemente, el borde de la onda de choque desapareció detrás del horizonte de la parte observable del Universo, dejando atrás, como si fuera un barco que pasa, una ligera turbulencia. En el mapa de Planck, se pueden representar los restos estirados de tal rastro.
Estos residuos "afectarán las estructuras más grandes que observamos", dijo Kleban. Deberían haber aumentado de tamaño con la expansión del Universo, lo que debería haber llevado a un efecto similar a las diferencias topográficas entre Colorado e Indiana.
Dado que cada modelo de inflación posterior da sus predicciones sobre la dirección de polarización de la luz antigua, un nuevo "mapa de polarización" del CMB ayudará a elegir el correcto de las hipótesis. Por ahora, los teóricos necesitan ajustar sus teorías del Big Bang a los datos disponibles. "Siempre habrá cosas que no se pueden probar debido a la falta de la tecnología adecuada", dijo Kleban. "Solo tienes que hacer intentos y dar lo mejor de ti".