El universo primitivo pudo haber sido un lugar tan violento que el mismo espacio-tiempo se fracturó como un panel de vidrio. Esas fracturas habrían liberado inundaciones de ondas gravitacionalesy un equipo de astrónomos descubrió que es posible que ya hayamos detectado estas ondas en el tejido del espacio-tiempo.
El equipo, que informó recientemente de sus resultados en un artículo presentado para su publicación en el Journal of Computational Astrophysics and publicado en arXiv.org (se abre en una pestaña nueva)afirman que han visto evidencia de los llamados muros de dominio en el universo primitivo.
Cuando nuestro universo era increíblemente joven, también era increíblemente exótico. El cuatro fuerzas de la naturaleza estaban unidos en una sola fuerza unificada. No sabemos cómo era esa fuerza o cómo operaba, pero sabemos que a medida que el universo se enfriaba y se expandía, esa fuerza unificada se dividió en las cuatro fuerzas familiares que tenemos hoy. Llegar primero gravedadentonces el fuerza nuclear fuerte se astilló y, por último, las fuerzas electromagnética y nuclear débil se separaron entre sí.
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Con cada una de estas escisiones, el universo se remodeló por completo. Surgieron nuevas partículas para reemplazar las que anteriormente solo podían existir en condiciones extremas. Los campos cuánticos fundamentales del espacio-tiempo que dictan cómo las partículas y las fuerzas interactúan entre sí se reconfiguraron. No sabemos cuán suaves o toscas fueron estas transiciones de fase, pero es perfectamente posible que con cada división, el universo se estableciera en múltiples identidades a la vez.
Esta fractura no es tan exótica como parece. Sucede con todo tipo de transiciones de fase, como el agua que se convierte en hielo. Diferentes parches de agua pueden formar moléculas de hielo con diferentes orientaciones. Pase lo que pase, toda el agua se convierte en hielo, pero diferentes dominios pueden tener diferentes arreglos moleculares. Donde esos dominios se encuentran con paredes o imperfecciones, aparecerán fracturas.
Sondeando el intestino
Los físicos están especialmente interesados en la llamada transición de fase GUT de nuestro universo. GUT es la abreviatura de “gran teoría unificada”, un modelo hipotético de la física que fusiona la fuerza nuclear fuerte con el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil. Estas teorías están más allá del alcance de los experimentos actuales, por lo que los físicos y los astrónomos recurren a las condiciones del universo primitivo para estudiar esta importante transición.
La transición de fase GUT, que ocurrió cuando el universo tenía apenas una fracción de segundo de edad, muy bien pudo haber dejado atrás muros de dominio, una red de límites entre diferentes configuraciones de espacio-tiempo. Sin embargo, estos defectos no podrían haber durado mucho. Si persistieron durante unos segundos, o incluso minutos, sus intensas energías habrían desbaratado el proceso de nucleosíntesis, que dio lugar a todo el hidrógeno y el helio primordiales del universo o distorsionado nuestras imágenes del fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación sobrante de la Big Bang.
Entonces, este conjunto interconectado de paredes de dominio tuvo que descomponerse en otras partículas, ya sea partículas normales, como electrones o quarkso partículas más exóticas, como alguna forma de materia oscura. De cualquier manera, ese proceso de descomposición, junto con el movimiento ondulante de las propias paredes del dominio, habría liberado una avalancha de ondas gravitacionales que podrían persistir hasta el universo actual.
Inspeccionando el dominio
Esas ondas gravitacionales serían increíblemente débiles e imposibles de detectar con las instalaciones de ondas gravitacionales existentes en tierra. Pero durante más de una década, varios equipos de astrónomos de todo el mundo han estado buscando púlsares para cartografiar las ondas gravitacionales que recorren el universo.
Los púlsares son objetos de cronometraje increíblemente precisos, capaces de mantener su ritmo en menos de una millonésima de segundo. Sin embargo, si una onda gravitatoria pasa entre nosotros y un conjunto de púlsares, eso afectará sutilmente el período de pulsación. Mediante el estudio de un gran número de púlsares durante largos períodos de tiempo, podemos esperar encontrar señales de una espuma de fondo de ondas gravitacionales.
Estos arreglos de sincronización de púlsares, como el experimento NANOGrav y el europeo Pulsar Timing Array, ya han encontrado indicios de una señal. La mayoría de los astrónomos creen que esta señal se debe a la acción combinada de millones de agujeros negros supermasivos colisionando entre sí durante miles de millones de años.
Pero el nuevo estudio presenta una imagen diferente. El equipo argumenta que la señal también podría explicarse por la descomposición de las paredes del dominio en el universo primitivo. Sus modelos permiten que las paredes del dominio decaigan lo suficientemente rápido como para no violar otras observaciones, como el CMB, al mismo tiempo que proporcionan una señal lo suficientemente fuerte como para explicar los datos de la matriz de sincronización de púlsares.
Debido a que las señales en los datos son muy débiles y no se ha confirmado que provengan de ninguna fuente en particular, hay espacio para este tipo de propuesta radical. El equipo argumenta que las futuras mediciones de tiempo de los púlsares deberían poder distinguir su modelo de paredes de dominio en descomposición de la imagen tradicional de agujeros negros supermasivos en colisión. Además, si su modelo es preciso, las paredes del dominio deberían descomponerse en partículas normales o exóticas. De cualquier manera, eso debería ser detectable con futuras mediciones de CMB mucho más sensibles.
Si el resultado se mantiene, será una gran victoria para la física: la primera vez que descubrimos evidencia concreta de las transiciones de fase GUT y el comienzo de una nueva comprensión de la física.
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