Época inflacionaria

En cosmología física, la época inflacionaria fue el periodo de la evolución del universo primitivo en el que, según la inflación cósmica, el universo experimentó una expansión exponencial extremadamente rápida. Esta rápida expansión aumentó las dimensiones lineales del universo primitivo en un factor de al menos 10²⁶ (y posiblemente en un factor mucho mayor), y por tanto aumentó su volumen en un factor de al menos 10⁷⁸. La expansión por un factor de 10²⁶ equivale a expandir un objeto de 1 nanómetro (10^-9 m, aproximadamente la mitad de la anchura de una molécula de ADN) de longitud a uno de aproximadamente 10,6 años luz (unos 62 billones de millas) de longitud.

Descripción

El estado de vacío es una configuración de campos cuánticos que representa un mínimo local (pero no necesariamente un mínimo global) de energía.

Los modelos inflacionarios proponen que aproximadamente 10^-36 segundos después del Big Bang, el estado de vacío del Universo era diferente del que se ve en la actualidad: el vacío inflacionario tenía una densidad de energía mucho mayor.

Según la relatividad general, cualquier estado de vacío con densidad de energía distinta de cero genera una fuerza repulsiva que conduce a una expansión del espacio. En los modelos inflacionarios, el estado de vacío inicial de alta energía provoca una expansión muy rápida. Esta expansión explica varias propiedades del universo actual que son difíciles de explicar sin dicha época inflacionaria.

La mayoría de los modelos inflacionarios proponen un campo escalar llamado campo inflatón, con las propiedades necesarias para tener (al menos) dos estados de vacío.

No se sabe exactamente cuándo terminó la época inflacionaria, pero se cree que fue entre 10^-33 y 10^-32 segundos después del Big Bang. La rápida expansión del espacio significaba que cualquier partícula elemental potencial (u otros artefactos "no deseados", como defectos topológicos) que quedara de la época anterior a la inflación estaba ahora distribuida muy finamente por el universo.

Cuando el campo inflatón se reconfiguró en el estado de vacío de baja energía que observamos actualmente, la enorme diferencia de energía potencial se liberó en forma de una mezcla densa y caliente de quarks, anti-quarks y gluones al entrar en la época electrodébil.

Detección a través de la polarización de la radiación cósmica de fondo de microondas

Un método para confirmar la época inflacionaria consiste en medir directamente su efecto sobre la radiación fondo cósmico de microondas (CMB). El CMB está muy débilmente polarizado (a un nivel de unos pocos μK) en dos modos diferentes llamados modo E y modo B (por analogía con el campo eléctrico|E-field]] y el campo magnético|B-field]] en electrostática). La polarización en modo E procede de la dispersión Thomson ordinaria,^[1]​ pero el modo B puede ser creado por dos mecanismos:

1. de lentes gravitacionales de modos E; o
2. de ondas gravitacionaless que surgen de la inflación cósmica.

Si se puede medir la polarización del modo B de las ondas gravitacionales, proporcionaría pruebas directas que apoyan la inflación cósmica y podría eliminar o apoyar varios modelos de inflación basados en el nivel detectado.

El 17 de marzo de 2014, astrofísicos de la colaboración BICEP2 anunciaron la detección de polarización en B-mode atribuida a ondas gravitacionales relacionadas con la inflación, lo que parecía apoyar la inflación cosmológica y el Big Bang,^[2]​^[3]​^[4]​^[5]​^[6]​ sin embargo, el 19 de junio de 2014 rebajaron el nivel de confianza en que las mediciones del modo B procedían realmente de ondas gravitacionales y no del ruido de fondo del polvo.^[7]​^[8]​^[9]​

La nave espacial Planck dispone de instrumentos que miden la radiación CMB con un alto grado de sensibilidad (57 nK). Tras el hallazgo del BICEP, los científicos de ambos proyectos trabajaron juntos para analizar más a fondo los datos de ambos proyectos. Ese análisis concluyó con un alto grado de certeza que la señal original del BICEP puede atribuirse por completo al polvo en la Vía Láctea y, por tanto, no aporta pruebas en un sentido u otro para apoyar la teoría de la época inflacionaria.^[10]​^[11]​^[12]​^[13]​

Referencias

1. Tizchang, S.; Batebi, S.; Haghighat, M.; Mohammadi, R. (2016). «Polarización del fondo cósmico de microondas en el espacio-tiempo no conmutativo». The European Physical Journal C 76 (9): 478. Bibcode:2016EPJC...76..478T. S2CID 123613107. arXiv:1605.09045. doi:10.1140/epjc/s10052-016-4312-5. 
2. . «Publicados los resultados de BICEP2 2014». Fundación Nacional de la Ciencia. 17 de marzo de 2014. Consultado el 18 de marzo de 2014. 
3. Clavin, Whitney (17 de marzo de 2014). «La tecnología de la NASA ve el nacimiento del universo». NASA. Consultado el 17 de marzo de 2014. 
4. Overbye, Dennis (17 de marzo de 2014). «La detección de ondas en el espacio refuerza la teoría del Big Bang». The New York Times. Consultado el 17 de marzo de 2014. 
5. Ade, P.A.R.; Aikin, R.W.; Barkats, D.; Benton, S.J.; Bischoff, C.A.; Bock, J.J. et al. (17 de marzo de 2014). . Physical Review Letters 112 (24): 241101. Bibcode:2014PhRvL.112x1101B. PMID 24996078. S2CID 22780831. arXiv:1403.3985. Archivado desde el original el 17 de marzo de 2014. 
6. Woit, Peter (13 de mayo de 2014). «Noticias del BICEP2». En Universidad de Columbia, ed. Ni siquiera equivocado. Consultado el 19 de enero de 2014. 
7. Overbye, Dennis (19 de junio de 2014). «Los astrónomos se protegen de la detección del Big Bang». New York Times. Consultado el 20 de junio de 2014. 
8. Amos, Jonathan (19 de junio de 2014). «Inflación cósmica: Baja la confianza en la señal del Big Bang». BBC News. Consultado el 20 de junio de 2014. 
9. Ade, P.A.R. (19 de junio de 2014). «Detección de la polarización en modo B a escalas angulares de grado mediante BICEP2.». En Colaboración BICEP2, ed. Physical Review Letters 112 (24): 241101. Bibcode:2014PhRvL.112x1101B. PMID 24996078. S2CID 22780831. arXiv:1403.3985. 
10. Adam, R.; Ade, P.A.R. (2016). «Resultados intermedios de Planck. XXX. El espectro de potencia angular de la emisión de polvo polarizado en latitudes galácticas intermedias y altas». En Colaboración Planck, ed. Astronomía y Astrofísica 586 (133): A133. Bibcode:2016A&A...586A.133P. S2CID 9857299. arXiv:1409.5738. 
11. Adiós, D. (22 de septiembre de 2014). «Un estudio confirma las críticas al hallazgo del Big Bang». New York Times. Consultado el 22 de septiembre de 2014. 
12. Cowen, Ron (30 de enero de 2015). «El descubrimiento de las ondas gravitacionales ya está oficialmente muerto». Nature. S2CID 124938210. 
13. colaboraciones BICEP2, Keck Array y Planck (2015). «Análisis conjunto de los datos del conjunto BICEP2/Keck y Planck». Physical Review Letters 114 (10). p. 101301. Bibcode:2015PhRvL.114j1301B. PMID 25815919. S2CID 218078264. arXiv:1502.00612. 

Bibliografía

• Guth, Alan H. (1998). The Inflationary Universe: Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Vintage. ISBN 978-0-09-995950-2. 
• Greene, Brian (2005). The Fabric of the Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality. Penguin Books Ltd. Bibcode:2004fcst.book.....G. ISBN 978-0-14-101111-0. 

Enlaces externos

• Inflation for Beginners by John Gribbin
• NASA Universe 101 What is the Inflation Theory?