Desarrollan un nuevo método para ‘ver’ el Big Bang

By 24/02/2021 Portal

Cuanto más lejos miramos en el Universo, más lejos miramos también en el tiempo. La luz, a su imbatible velocidad de 300.000 km/s, tarda mucho en alcanzarnos desde los remotos lugares desde los que partió, y por eso nos muestra cómo eran los objetos en el pasado, y no en el presente. Hemos llegado ya muy lejos en ese camino, incluso a ver qué cosas había, y cómo eran, hace ya más de 13.000 millones de años, cuando el Universo era aún muy joven.

Sin embargo, hay un límite en lo «atrás» que podemos mirar con nuestros mejores telescopios. Y ese límite se encuentra justo después de producirse el Big Bang, hace unos 13.700 millones de años, cuando aún no había estrellas ni galaxias y toda la luz del cosmos estaba «atrapada» en una burbuja opaca y de enorme energía.

Por eso, los cosmólogos tienen que utilizar todos los recursos a su alcance para tratar de adivinar cómo era exactamente el Universo en aquellos primeros instantes. Y recurrir a potentes simulaciones y cálculos informáticos capaces de desvelar lo que no conseguimos observar directamente.

Eso es, precisamente, lo que acaba de hacer Masato Shirasaki, del Observatorio Nacional de Japón (NAO), al frente de un equipo de cosmólogos de diferentes instituciones, entre ellas el Instituto Astrofísico de Canarias (IAC). Con el objetivo de «rebobinar» hasta el primer instante después del Big Bang, los investigadores simularon en una supercomputadora hasta 4.000 versiones diferentes del Universo, y compraron después esas simulaciones con datos de observaciones reales del universo actual. El trabajo se ha publicado en Physical Review D.

En menos de un microsegundo
El desafío era construir una imagen de las secuelas inmediatas del Big Bang, justo en el momento en que el Universo observable se expandió repentinamente, en menos de un microsegundo, y multiplicó su tamaño por un billón de billones de veces en un proceso que se conoce como «inflación». Para conseguirlo, los autores del estudio aplicaron su método de simulaciones a observaciones de galaxias reales del universo actual, para saber cuál de las 4.000 simulaciones era la correcta y llegar a una comprensión precisa de cómo fue el período inflacionario.

En palabras de Shirasaki, «estamos tratando de hacer algo así como adivinar cómo era el universo bebé a partir de las imágenes más recientes». Algo similar a reconstruir la cara de un recién nacido partiendo de sus fotos de adulto.

Parece un proceso complicado, pero es posible de realizar porque en el universo actual existen variaciones de densidad, con algunas regiones muy ricas en galaxias y otras relativamente vacías. Y Shirasaki cree que la «semilla» de esta desigual distribución de la materia ya estaba presente en el momento del Big Bang, y que en el todavía diminuto universo primordial ya había fluctuaciones cuánticas, cambios temporales aleatorios de energía.

Más tarde, cuando el Universo se expandió, esas fluctuaciones también hicieron lo mismo, con puntos más densos extendiéndose como filamentos que tenían más densidad que su entorno. En ese escenario, las fuerzas gravitacionales habrían interactuado con esos filamentos estirados, haciendo que las galaxias se agruparan a lo largo de ellos.

Sin fluctuaciones gravitacionales
Sin embargo, las interacciones gravitacionales son complejas, por lo que tratar de «rebobinar» hasta el periodo inflacionario para comprender cómo era el Universo en ese momento es una tarea muy difícil. Para conseguirlo, los cosmólogos debían encontrar el modo de eliminar las fluctuaciones gravitacionales de la ecuación. Y desarrollaron un método de reconstrucción que hacía precisamente eso.

Fue el primer paso de la investigación. Pero para saber si la reconstrucción era precisa, hacía falta una forma de probarla. De modo que utilizaron una supercomputadora para crear 4.000 versiones diferentes del Universo, todas con fluctuaciones de densidad inicial ligeramente diferentes. Los cosmólogos permitieron que todos esos universos virtuales experimentaran sus propios períodos de inflación, y después les aplicaron su método de reconstrucción para ver si era posible «rebobinarlos» a sus puntos de partida originales.

Los resultados del estudio son prometedores. Según Shirasaki, «encontramos que un método de reconstrucción puede reducir los efectos gravitacionales en las distribuciones de las galaxias que observamos, lo que permite extraer información de las condiciones iniciales de nuestro universo de una forma eficiente».

Hasta ahora, explica el investigador, el método de reconstrucción se había aplicado a datos de galaxias del mundo real, pero el nuevo estudio muestra que también puede funcionar para estudiar el periodo de inflación del Universo. El siguiente paso, dice Shirasaki, es aplicar la reconstrucción a observaciones reales de la telaraña cósmica, la compleja red de filamentos y nodos de galaxias que da cuenta de la estructura del Universo a gran escala.