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Viendo fluctuaciones cuánticas
Continuación de
Imagen del principio del universo
380,000 años después de la Gran Explosión, el universo no era un lugar muy agradable, aunque sí que era bien simple. A una temperatura de 3000 K pululaban del orden de unos 3000 protones y 3000 electrones en cada metro cúbico de espacio. Estos no habían podido hasta ese momento emparejarse para formar átomos de hidrógeno debido a que una fracción importante de los mil millones de fotones existente por cada par protón-electrón eran suficientemente energéticos para mantenerlos desemparejados. En realidad, cada vez habría menos fotones con la energía suficiente para mantener ese plasma de protones y electrones, produciendose poco a poco el emparejamiento y la aparición de los átomos de hidrógeno. Cuando el plasma pasa a convertirse gradualmente en hidrógeno neutro, los fotones dejan de estar en interacción estrecha con la materia y pueden viajar libremente.
Nosotros sólo podemos ver los fotones procedentes de los que se conoce como última superficie de dispersión. Imagine el lector que se encuentra en medio de una multitud que está dando fuertes gritos, y de repente todo el mundo deja de gritar. Debido a la velocidad finita del sonido, el lector se verá en el centro de una circunferencia de personas de las que proviene el sonido de los gritos. Esa circunferencia se va alejando de usted a la velocidad del sonido. El observador del universo se encuentra justo en la misma situación, pero en lugar de oír gritos ve fotones que provienen de una superficie que se ha alejado a la velocidad de la luz desde entonces hasta situarse muy lejos, a unos 45,000 millones de años luz de distancia. Esos fotones que han perdido energía hasta convertirse en microondas por la expansión del universo constituyen precisamente el Fondo Cósmico de Microondas detectado por la sonda MAP.
El ambiente en el que se encontraban esos fotones era extremadamente uniforme, pero no del todo. Existían pequeñas variaciones de densidad respecto a la media. ¿Por qué?. El mejor modelo que tenemos del origen de esas pequeñas variaciones de densidad es la aplificación de las fluctuaciones cuánticas de vacío producida por una expansión enorme y ultrarápida del universo conocida como periodo inflacionario, donde un universo observable de tamaño subatómico se convertiría en un universo con una escalas típicas del actual. Para que nos hagamos una idea, si lo mismo ocurriese hoy en día, cada milímetro de espacio se convertiría en todo el universo observable de la actualidad en apenas una trillonésima de trillonésima de segundo --10^(-35) s--.
Un modelo realista del crecimiento de las fluctuaciones cuánticas durante el periodo inflacionario puede verse en el siguiente gif animado.
Las fluctuaciones crecen de una manera muy particular si el periodo inflacionario existió de hecho. Las fluctuaciones que se producen antes tienen más tiempo de crecer. Las que se producen más tarde son más pequeñas. Pero ¡el área del cielo que abarcan es el mismo independientemente del tamaño que hayan alcanzado! como vemos en la siguiente figura.
Pues bien. Miren ahora cómo se refleja ese modelo en las variaciones de temperatura detectadas por WMAP --en realidad la comparación es con los datos de la sonda anterior de la NASA --COBE--
Los datos de COBE y de WMAP son perfectamente compatibles con este modelo.
Cuando el lector mira el mapa del cielo que nos proporciona WMAP está viendo nada más y nada menos que el rastro de fluctuaciones cuánticas producidas a escala subatómica amplificadas a escalas astronómicas. Para ver las cosas más pequeñas que pueden modelar nuestras teorías físicas, tenemos que mirar al universo entero.
2008-03-12 20:27 | Astronomia, Fisica | 2 Comentarios
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Comentarios
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| De: germanPG |
Fecha: 2008-03-13 14:09 |
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Muy sugerente tu ultima frase, sobre la conexion de lo mas pequeño y lo mas grande del universo.
Me hace recordar que esta primavera tendremos abiertas dos nuevas ventanas a estas dimensiones.
El GLAST (satelite detector de rayos Gamma) y el LHC (colisionador de hadrones en Ginebra.
Esperemos que sus observaciones se complementen y nos aclaren algo mas en que Universo nos hallamos metidos.
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| De: Pedro J. |
Fecha: 2008-03-13 16:29 |
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También está la misión Planck --el hermano europeo de WMAP-- que ya debería estar volando, pero que lleva algo de retraso. Planck será otro salto adelante porque será mucho más sensible a la polarización de los fotones --es decir, la dirección de vibración de la onda EM asociada--. Eso dará información valiosa sobre la reionización del medio debido a las primeras estrellas, la proporción precisa de fotones ionizantes en la superficie de última dispersión, el origen de las variaciones de densidad y además puede dar información sobre las ondas gravitatorias presentes en esa época.
Así que dentro unos pocos años esto puede ponerse más interesante aún.
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