Una nueva teoría formulada por españoles replantea el origen del universo sin la necesidad del inflatón
Un grupo de físicos acaba de proponer una solución matemática alternativa y sencilla para comprender el origen del universo. Según esta propuesta, la expansión ocurrida un instante después del Big Bang podría explicarse únicamente mediante ondas gravitacionales (ya observadas experimentalmente) en lugar de recurrir al tradicional campo inflatón.
El modelo cosmológico actual supone que el universo pasó de tener el tamaño de un protón hasta crecer en un mil octillones de veces (un uno seguido de 27 ceros) en menos de una billonésima de segundo. Luego, el universo continuó expandiéndose y enfriandose a una velocidad más lenta durante aproximadamente los últimos 13,800 millones de años.
Esto es lo que llevó a Edwin Hubble a descubrir la existencia de galaxias fuera de la Vía Láctea.
Hay algunas propuestas para explicar esta expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales. La más estudiada es la que dice que fue el campo del inflatón el que estableció el mecanismo para que ocurriera este trascendental cambio. Mientras el campo permitió la expansión al introducir perturbaciones, perdió energía y esta se transformó en la materia y radiación que formarían el universo tal como ahora lo observamos.
El campo del inflatón es una hipótesis, mientras que su partícula mediadora, el inflatón, no ha sido observada directamente. Es una herramienta matemática útil para explicar la inflación “espontánea” del universo. Sin embargo, es un concepto problemático: existen múltiples versiones del inflatón, cada una dependiente del enfoque del investigador, y cuenta con tantos parámetros ajustables que su poder predictivo resulta incierto.
Como no hay consenso sobre qué es el inflatón, y su existencia supone más preguntas que respuestas, algunos científicos no descartan otras soluciones matemáticas más simples. Una de ellas acaba de llegar desde el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona y la universidad de Padua.
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La tensión de Hubble lleva conflictuando a los cosmólogos por décadas. Una probable explicación dice que el universo podría estar girando mientras se expande.
El Modelo de De Sitter puro
El nuevo modelo sugiere que las oscilaciones de vacío cuántico pueden producir ondas gravitacionales y estas son suficientes como para colocar diferencias de densidad en el pequeño universo temprano, lo que eventualmente habría dado lugar a galaxias, estrellas y planetas. El artíulo publicado en Physical Review Research, llama a esta idea el modelo De Sitter puro. Además de ser una solución matemática funcional, el modelo basado en ondas gravitacionales permite realizar predicciones verificables con datos reales.
Mientras el modelo inflatón propone que este campo genera fluctuaciones escalares o variaciones diminutas de densidad y presión que alteran la geometría del tejido espacio-tiempo, el modelo De Sitter puro afirma que dichas perturbaciones pueden lograrse mediante mecanismos menos especulativos, y además predice la fase de expansión acelerada del universo.
«Durante décadas hemos intentado comprender los primeros momentos del universo con modelos basados en elementos que nunca hemos observado. Lo que hace que esta propuesta sea emocionante es su simplicidad y su verificabilidad. No añadimos elementos especulativos, sino que demostramos que la gravedad y la mecánica cuántica pueden ser suficientes para explicar cómo apareció la estructura del cosmos», contó Raúl Jiménez, investigador ICREA de la Universidad de Barcelona.
El modelo de De Sitter requiere de ciertas concesiones. Una de ellas es considerar el espacio como un estado cuántico coherente que incluye gravitones: partículas hipotéticas que mediarían la fuerza gravitacional. La interacción entre gravitones y otras partículas establece una especie de “freno de mano” que regula la expansión ultrarrápida inicial del universo.
Por otra parte, el modelo se basa en el concepto de espacio de De Sitter. Este espacio es una solución matemática exacta que describe un universo en expansión acelerada, pero sin materia ni radiación. Es importante porque, según observaciones actuales, nuestro universo se encamina hacia ese estado de De Sitter. A medida que envejece, la materia se diluye debido a la expansión provocada por la energía oscura.
“Si se confirma que la energía oscura se está debilitando (decayendo), esto respaldaría aún más la posibilidad de que De Sitter esté decayendo. En un plano más teórico, se puede argumentar que el modelo De Sitter Duro es el escenario más natural en las teorías de la gravedad cuántica que intentan describir la física más allá de la escala de Planck”, concluye la investigación.