Category Archives: Relatividad

Sobre BICEP2 y PLANCK: ¿Proceden los modos-B del polvo galáctico?

Los últimos datos publicados por el equipo de la misión Planck indican que parte o toda de la señal de los modos de polarización observados por BICEP2 tendrían su origen en el polvo galáctico y no tendría un origen cosmológico.

Presencia de polvo en el cielo según la misión Planck. El recuadro de la derecha incida la región observada por BICEP2. Fuente: Misión Planck.

Presencia de polvo en el cielo según la misión Planck. El recuadro de la derecha incida la región observada por BICEP2. Fuente: Misión Planck.

 El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron tras el Big Bang ha sido valorada por los científicos como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hallazgo extraordinario equiparable al del famoso bosón de Higgs.  Sinc ha hablado con algunos de estos expertos para entender mejor el alcance del descubrimiento y saber cuándo se podría confirmar. Todas las miradas están puestas en los resultados del satélite Planck. Licencia : Creative Commons


El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron tras el Big Bang ha sido valorada por los científicos como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hallazgo extraordinario equiparable al del famoso bosón de Higgs. Sinc ha hablado con algunos de estos expertos para entender mejor el alcance del descubrimiento y saber cuándo se podría confirmar. Todas las miradas están puestas en los resultados del satélite Planck.
Licencia : Creative Commons

En marzo pasado se anunció la detección de modos-B de polarización cosmológicos en el fondo cósmico de microondas por parte del equipo de BICEP2 (ver referencias al final). Era la primera prueba de la presencia de ondas gravitatorias generadas por la inflación cósmica que se dio al comienzo del Big Bang.
El resultado estaba respaldado por 7 sigmas de significación estadística, 2 por encima de lo necesario para calificarse como descubrimiento. Parecía que estos y los chicos de la inflación estaban a las puertas del premio Nobel.
Sin embargo, en ciencia hay que ser cautos y esperar la confirmación de un resultado por parte de otros experimentos. Esta semana se han publicado datos de la misión Planck que menoscaban los resultados de BICEP2. Al parecer, la región del cielo observada por BICEP2 no está tan libre de polvo galáctico como se creía y parte o todos los modos de polarización observados no serían de origen cosmológico, sino que se producirían en nuestra propia galaxia.
Los investigadores de BICEP2 usaron los datos de polvo galáctico que había en el momento, parte de ellos procedentes precisamente de la misión Planck, para restar el efecto. Además apuntaban a una zona del cielo que estaba bastante libre de ese polvo. Eliminando la contribución de ese polvo (y de la radiación sincrotrón) obtuvieron el resultado que más tarde salió publicado.

History of the Universe http://bicepkeck.org/visuals.html The bottom part of this illustration shows the scale of the universe versus time. Specific events are shown such as the formation of neutral Hydrogen at 380 000 years after the big bang. Prior to this time, the constant interaction between matter (electrons) and light (photons) made the universe opaque. After this time, the photons we now call the CMB started streaming freely. The fluctuations (differences from place to place) in the matter distribution left their imprint on the CMB photons. The density waves appear as temperature and "E-mode" polarization. The gravitational waves leave a characteristic signature in the CMB polarization: the "B-modes". Both density and gravitational waves come from quantum fluctuations which have been magnified by inflation to be present at the time when the CMB photons were emitted. National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) - Funded BICEP2 Program http://bicepkeck.org/faq.html Date 18 March 2014, 12:25:47 Source  http://bicepkeck.org/media/History-of-the-Universe-BICEP2.jpg

History of the Universe
http://bicepkeck.org/visuals.html
The bottom part of this illustration shows the scale of the universe versus time. Specific events are shown such as the formation of neutral Hydrogen at 380 000 years after the big bang. Prior to this time, the constant interaction between matter (electrons) and light (photons) made the universe opaque. After this time, the photons we now call the CMB started streaming freely. The fluctuations (differences from place to place) in the matter distribution left their imprint on the CMB photons. The density waves appear as temperature and "E-mode" polarization. The gravitational waves leave a characteristic signature in the CMB polarization: the "B-modes". Both density and gravitational waves come from quantum fluctuations which have been magnified by inflation to be present at the time when the CMB photons were emitted.
National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) - Funded BICEP2 Program
http://bicepkeck.org/faq.html
Date 18 March 2014, 12:25:47
Source http://bicepkeck.org/media/History-of-the-Universe-BICEP2.jpg

Sin embargo, al parecer, hay más polvo del que se asumió. La señal del polvo galáctico es simplemente más significativa y más complicada de lo que los cosmólogos creían. Aún no se sabe si la señal observada procede del polvo en un 50%, en un 75% o en un 100%. Si fiera un 50% la señal cosmológica sólo se mantendría con 3 sigmas de significación estadística.

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¿Es el espacio-tiempo un fluido?

Estudian el efecto de la viscosidad y disipación en un hipotético espacio-tiempo fluido como propuesta a una teoría cuántica de la gravedad.

Hay un gran problema en la Física Moderna: no tenemos una teoría cuántica de gravedad. Tenemos la teoría cuántica que nos permite explicar bien los objetos muy pequeños y la Relatividad General que nos permite estudiar todo el Universo y las interacciones gravitatorias. Es como si los físicos hablaran dos idiomas muy distintos al describir los fenómenos físicos. Pero si tenemos algo pequeño sujeto a una gran gravedad, como durante el Bi Bang, no podemos describirlo adecuadamente.
Desde hace bastante más de medio siglo se persigue la construcción de una teoría cuántica de la gravedad sin mucho éxito y, lo que es peor, las propuestas que se presentan están muy alejadas de la comprobación experimental. La gran inversión humana y económica realizada en las cuerdas ha incluso retrasado el avance en este campo. Sin embargo en los últimos años ha habido algunas propuestas interesantes. Ahora vamos a ver una de ellas.
La Relatividad General es una teoría clásica (no cuántica) que habla de la gravedad en un lenguaje de métricas del espacio tiempo. Lo que sentimos como gravedad no es más que un espacio curvado por la presencia de materia. La gravedad está, por tanto, ligada a la estructura del espacio-tiempo. Así que una teoría cuántica de la gravedad también lo debe de estar. A la escala de Planck de los 10-33 cm el espacio-tiempo tiene que tener algún tipo de textura, pero no sabemos exactamente cuál. Las distintas propuestas de teorías cuánticas de la gravedad postulan una textura en concreto. Se suele asumir que a esas distancias el espacio-tiempo no es continuo, sino discreto. Habría algo así como unos “átomos de espacio”.
Sería algo parecido a lo que ocurre con la materia. A cierta escala esta hecha de átomos que se rigen por la Mecánica Cuántica, pero a escala humana la materia tiene apariencia continua y una descripción clásica.

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Se detecta, por primera vez, la firma del nacimiento de un agujero negro en una explosión estelar

Aunque se conocía que estos fenómenos eran precursores del nacimiento de los agujeros negros, hasta ahora no se había detectado polarización circular en su luz, la firma inequívoca de su formación

Hace unos once mil millones de años, una estrella con más de cien veces la masa del Sol agotó su combustible y se derrumbó sobre sí misma, proceso que produjo una explosión de rayos gamma -o un GRB, su acrónimo en inglés-, uno de los eventos más energéticos del universo. Su estudio, publicado hoy en la revista Nature, ha permitido detectar por primera vez la firma inequívoca de la formación de un agujero negro.

Esa firma consiste en una vibración específica de la luz conocida como polarización circular. "La luz que recibimos del universo es el resultado de la superposición desordenada de muchas ondas electromagnéticas que vibran aleatoriamente, es decir, luz no polarizada -ilustra Javier Gorosabel, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC/UPV-EHU) que participa en el hallazgo-. Bajo algunas circunstancias, la luz de algunos astros vibra preferentemente en un plano, dando lugar a luz polarizada linealmente. Pero en este GRB hemos hallado luz que viaja como si fuera un sacacorchos, es decir, polarizada circularmente".

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Sobre el significado del resultado de BICEP2

El descubrimiento de los modos-B primordiales permite refutar la mayoría de los modelos cosmológicos y abre una nueva ventana de observación.

Hay momentos en la historia de la ciencia en los que los individuos conscientes de un gran avance se sienten privilegiados. Esto es lo que ha pasado estos días a raíz de haberse descubierto los supuestos modos-B cosmológicos en el fondo cósmico de microondas por parte de BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization). Constituyen lo que se ha llamado la “pistola humeante” que delata la inflación cósmica, idea esta la de la inflación propuesta hace 30 años por Alan Guth. Es un descubrimiento a la misma altura que el Higgs y probablemente merezca el premio Nobel.
Después de la irrupción de la noticia han venido los análisis por parte de la comunidad científica internacional, en donde hay bastante entusiasmo con estos resultados.
Lo primero que hay que decir es que se trata de un primer análisis que requiere de la confirmación posterior por parte de otros experimentos, especialmente por parte de la misión Planck. No va a ser fácil, pues la misión Planck no fue especialmente diseñada para medir estos modos-B.
El problema es el peso que se puede poner en órbita. BICEP2 compensa el tener que observar a través de la atmósfera terrestre sólo un trozo del cielo con un instrumental que puede ser tan pesado como se quiera. La detección está basada en bolómetros, que miden básicamente el cambio de temperatura inducido sobre un material al incidir sobre él las ondas electromagnéticas. El bolómetro más sencillo consiste en una resistencia que cambia su resistividad al calentarse. Pero los bolómetros más precisos están basados en materiales superconductores.

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Los físicos cruzan los dedos para que el satélite Planck confirme el eco del Big Bang

El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron en los inicios del universo ha sido valorado como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hito extraordinario equiparable al del bosón de Higgs. Sinc ha hablado con grandes expertos para entender su alcance y saber cuándo se confirmará. Todas las miradas están puestas ahora en los resultados del satélite Planck.

 El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron tras el Big Bang ha sido valorada por los científicos como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hallazgo extraordinario equiparable al del famoso bosón de Higgs.  Sinc ha hablado con algunos de estos expertos para entender mejor el alcance del descubrimiento y saber cuándo se podría confirmar. Todas las miradas están puestas en los resultados del satélite Planck. Licencia : Creative Commons


El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron tras el Big Bang ha sido valorada por los científicos como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hallazgo extraordinario equiparable al del famoso bosón de Higgs. Sinc ha hablado con algunos de estos expertos para entender mejor el alcance del descubrimiento y saber cuándo se podría confirmar. Todas las miradas están puestas en los resultados del satélite Planck.
Licencia : Creative Commons

 

En el primer instante de la historia del nuestro universo, hace unos 13.800 millones de años, ocurrió algo extraordinario: surgió el espacio-tiempo y se expandió a una velocidad superior a la de luz. Todo sucedió en alrededor de 10-32 segundos, un periodo cortísimo conocido como inflación, marcado por fluctuaciones cuánticas que generaron ondas gravitatorias, la pistola humeante del Big Bang.

Unos 380.000 años más tarde, se enfría el plasma caliente generado por la gran explosión y surge la radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), que desde entonces se observa de forma uniforme por cualquier parte del cielo que miremos.

La huella que dejaron las ondas gravitatorias primigenias en esta radiación CMB es lo que ha observado ahora el telescopio BICEP2 desde la Antártida. Científicos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, en EE UU, han anunciado esta semana este descubrimiento que ha revolucionado a los físicos.
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Primera evidencia de la inflación cósmica y las ondas gravitacionales

Los físicos acarician el sueño de una teoría unificada

Los astrofísicos llevaban décadas esperando este momento y los datos han llegado desde el radiotelescopio BICEP2 en el Polo Sur. Un equipo del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, en EE UU, anuncia hoy tres grandes descubrimientos relacionados: la primera prueba directa de que existen las ondas gravitacionales predichas por Einstein, la ansiada evidencia de la inflación cósmica y la apertura de una vía para unificar las fuerzas fundamentales de la naturaleza y la gravedad cuántica.

El telescopio BICEP2 ha detectado desde el Polo Sur señales de los primeros instantes del universo. / Steffen Richter/Harvard University

El telescopio BICEP2 ha detectado desde el Polo Sur señales de los primeros instantes del universo. / Steffen Richter/Harvard University

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una ‘chispa’ extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los "primeros temblores del Big Bang".
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Quarks, agujeros de gusano y entrelazamiento cuántico

La gravedad podría aparecer a partir del entrelazamiento y la curvatura clásica del espacio-tiempo descrita por la Relatividad General podría ser una consecuencia ese entrelazamiento.

A diagram of a wormhole, a hypothetical "shortcut" through the universe, where its two ends are each in separate points in spacetime.  PHOTO: WIKIPEDIA

A diagram of a wormhole, a hypothetical "shortcut" through the universe, where its two ends are each in separate points in spacetime.
PHOTO: WIKIPEDIA

Una de las cosas más extrañas de la Mecánica Cuántica (MC) es el entrelazamiento cuántico.

Dos fotones o dos electrones pueden estar en una superposición de dos estados (dos estados de polarización o dos estados de spin respectivamente). Si sus estados cuánticos están correlacionados entonces el colapso de la función de ondas de una partícula determina el colapso de la otra al instante. Es aquí donde aparece lo extraño, pues parece que hay una acción a distancia instantánea que el efecto parece superar la velocidad de la luz. Incluso podemos enviar las partículas en direcciones opuestas de tal modo que estén en sitios opuestos del Universo y el fenómeno se da. Encima, qué partícula es la que colapsa primero o segundo depende del sistema de referencia relativista que elijamos.

Esta acción a distancia es algo que molestaba mucho a Einstein. Sin embargo, este fenómeno no viola la causalidad relativista, pues no se transmite información. No se controla el estado al que colapsa la primera partícula y, por tanto, no se controla el colapso de la segunda. De todos modos esto siempre ha dado mucho juego y esta “comunicación instantánea” siempre ha estado sujeta a interpretación.
En julio pasado Juan Maldacena (Institute for Advanced Study) y Leonard Susskind (Stanford University) propusieron que esta comunicación se podía dar a través de agujeros de gusano. Un agujero de gusano es un ente teórico que forma un túnel en el propio espacio-tiempo que comunica regiones alejadas del Universo a modo de atajo. Sería como unir dos agujeros negros hasta formar un túnel siendo sus bocas los dos agujeros negros. Su geometría viene dictada por la Relatividad General (RG). Parece que es imposible usar algo así para viajar, pues mantener abierto el túnel parece imposible debido a que colapsa en el momento en que se trata de introducir materia o energía por él.

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