Astrofísicos dicen que la inflación cósmica, un punto en la infancia del Universo cuando el espacio-tiempo se expandió exponencialmente, en principio puede descartarse sin suposiciones.
Un equipo de las universidades de Cambridge, Trento y Harvard afirma que hay una señal clara e inequívoca en el cosmos que podría eliminar la inflación como posibilidad. Su artículo, publicado en The Astrophysical Journal Letters, argumenta que esta señal, conocida como fondo de gravitón cósmico (CGB, por sus siglas en inglés), puede detectarse de manera factible, aunque será un gran desafío técnico y científico.
«La inflación se teorizó para explicar varios desafíos de ajuste del llamado modelo Big Bang caliente», dijo en un comunicado el primer autor del artículo, el doctor Sunny Vagnozzi, del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge, y que ahora trabaja en la Universidad de Trento. «También explica el origen de la estructura en nuestro Universo como resultado de las fluctuaciones cuánticas».
«Sin embargo, la gran flexibilidad que muestran los posibles modelos de inflación cósmica que abarcan un panorama ilimitado de resultados cosmológicos genera preocupaciones de que la inflación cósmica no es falsable, incluso si se pueden descartar los modelos inflacionarios individuales. ¿Es posible, en principio, probar la inflación cósmica de una manera independiente del modelo?».
Algunos científicos expresaron su preocupación por la inflación cósmica en 2013, cuando el satélite Planck publicó sus primeras mediciones del fondo cósmico de microondas (CMB), la luz más antigua del universo.
«Cuando se anunciaron los resultados del satélite Planck, se presentaron como una confirmación de la inflación cósmica», dijo el profesor Avi Loeb de la Universidad de Harvard, coautor de Vagnozzi en el artículo actual. «Sin embargo, algunos de nosotros argumentamos que los resultados podrían estar mostrando todo lo contrario».
Junto con Anna Ijjas y Paul Steinhardt, Loeb fue uno de los que argumentó que los resultados de Planck mostraban que la inflación planteaba más enigmas de los que resolvía, y que era hora de considerar nuevas ideas sobre los comienzos del universo, que, por ejemplo puede haber comenzado no con un estallido sino con un rebote de un cosmos que se contraía previamente.
Los mapas del CMB publicados por Planck representan el tiempo más temprano en el universo que podemos «ver», 100 millones de años antes de que se formaran las primeras estrellas. No podemos ver más lejos.
«El borde real del universo observable está a la distancia que cualquier señal podría haber viajado al límite de la velocidad de la luz durante los 13.800 millones de años transcurridos desde el nacimiento del Universo», dijo Loeb. «Como resultado de la expansión del universo, este borde se encuentra actualmente a 46.500 millones de años luz de distancia. El volumen esférico dentro de este límite es como una excavación arqueológica centrada en nosotros: cuanto más profundo lo investigamos, más anterior es la capa de historia cósmica que descubrimos, todo el camino de regreso al Big Bang que representa nuestro último horizonte. Lo que hay más allá del horizonte es desconocido».
Podría ser posible profundizar aún más en los comienzos del universo mediante el estudio de partículas casi ingrávidas conocidas como neutrinos, que son las partículas más abundantes que tienen masa en el universo. El Universo permite que los neutrinos viajen libremente sin dispersarse desde aproximadamente un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de diez mil millones de grados. «El universo actual debe estar lleno de neutrinos reliquia de esa época», dijo Vagnozzi.
Sin embargo, Vagnozzi y Loeb dicen que podemos ir aún más atrás al rastrear los gravitones, partículas que median la fuerza de la gravedad.
«El Universo era transparente a los gravitones desde el primer instante rastreado por la física conocida, el tiempo de Planck: 10 a la potencia de -43 segundos, cuando la temperatura era la más alta concebible: 10 a la potencia de 32 grados, dijo Loeb. «Una comprensión adecuada de lo que vino antes requiere una teoría predictiva de la gravedad cuántica, que no poseemos».
Vagnozzi y Loeb dicen que una vez que el Universo permitió que los gravitones viajaran libremente sin dispersarse, debería haberse generado un fondo reliquia de radiación térmica gravitatoria con una temperatura de poco menos de un grado por encima del cero absoluto: el fondo cósmico de gravitones (CGB).
Sin embargo, la teoría del Big Bang no permite la existencia del CGB, ya que sugiere que la inflación exponencial del universo recién nacido diluyó reliquias como el CGB hasta el punto de que son indetectables. Esto se puede convertir en una prueba: si se detectara el CGB, claramente esto descartaría la inflación cósmica, que no permite su existencia.
Vagnozzi y Loeb argumentan que tal prueba es posible y, en principio, el CGB podría detectarse en el futuro. El CGB se suma al presupuesto de radiación cósmica, que de otro modo incluye fondos de microondas y neutrinos. Por lo tanto, afecta la tasa de expansión cósmica del Universo primitivo a un nivel que es detectable por las sondas cosmológicas de próxima generación, lo que podría proporcionar la primera detección indirecta del CGB.
Sin embargo, para reclamar una detección definitiva del CGB, la «pistola humeante» sería la detección de un fondo de ondas gravitacionales de alta frecuencia que alcanzan un máximo de frecuencias de alrededor de 100 GHz. Esto sería muy difícil de detectar y requeriría tremendos avances tecnológicos en la tecnología de imanes superconductores y girotrones. Sin embargo, dicen los investigadores, esta señal puede estar a nuestro alcance en el futuro.
