Si bien la teoría de la relatividad general de Einstein puede explicar una gran variedad de fenómenos astrofísicos y cosmológicos fascinantes, algunos aspectos de las propiedades del universo en las escalas más grandes siguen siendo un misterio. Un nuevo estudio que utiliza la cosmología cuántica de bucles, una teoría que utilizamecánica cuántica para extender la física gravitacional más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein - explica dos misterios principales. Si bien las diferencias en las teorías ocurren en la más pequeña de las escalas, mucho más pequeñas que incluso un protón, tienen consecuencias en la mayor de las accesibles.escalas en el universo. El estudio, que aparece en línea el 29 de julio en la revista Cartas de revisión física , también proporciona nuevas predicciones sobre el universo que las futuras misiones de satélites podrían probar.
Si bien una imagen ampliada del universo parece bastante uniforme, tiene una estructura a gran escala, por ejemplo, porque las galaxias y la materia oscura no están distribuidas uniformemente por todo el universo. El origen de esta estructura se remonta a laPequeñas inhomogeneidades observadas en el Fondo Cósmico de Microondas CMB: radiación que se emitió cuando el universo tenía 380 mil años de juventud y que todavía podemos ver hoy. Pero el CMB en sí tiene tres características desconcertantes que se consideran anomalías porque son difíciles de explicar.usando física conocida.
"Si bien ver una de estas anomalías puede no ser estadísticamente notable, ver dos o más juntas sugiere que vivimos en un universo excepcional", dijo Donghui Jeong, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn State y autor del artículo."Un estudio reciente en la revista Astronomía de la naturaleza propuso una explicación para una de estas anomalías que planteó tantas preocupaciones adicionales, señalaron una 'posible crisis en la cosmología'. Sin embargo, utilizando la cosmología de bucle cuántico, hemos resuelto dos de estas anomalías de forma natural, evitando esa posible crisis ".
La investigación durante las últimas tres décadas ha mejorado enormemente nuestra comprensión del universo temprano, incluida la forma en que se produjeron las inhomogeneidades en el CMB en primer lugar. Estas inhomogeneidades son el resultado de fluctuaciones cuánticas inevitables en el universo temprano. Durante un período altamente aceleradofase de expansión en épocas muy tempranas, conocida como inflación, estas fluctuaciones primordiales y minúsculas se estiraron bajo la influencia de la gravedad y sembraron las inhomogeneidades observadas en el CMB.
"Para comprender cómo surgieron las semillas primordiales, necesitamos una mirada más cercana al universo temprano, donde la teoría de la relatividad general de Einstein se rompe", dijo Abhay Ashtekar, profesor de Física Evan Pugh, titular de la Cátedra de Física de la Familia Eberly, ydirector del Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos. "El paradigma inflacionario estándar basado en la relatividad general trata el espacio-tiempo como un continuo uniforme. Considere una camisa que parece una superficie bidimensional, pero en una inspección más cercana puede ver queestá tejido por hilos unidimensionales densamente empaquetados. De esta manera, el tejido del espacio-tiempo está realmente tejido por hilos cuánticos. Al dar cuenta de estos hilos, la cosmología cuántica de bucles nos permite ir más allá del continuo descrito por la relatividad general donde se rompe la física de Einsteinhacia abajo, por ejemplo, más allá del Big Bang ".
La investigación previa de los investigadores sobre el universo temprano reemplazó la idea de una singularidad del Big Bang, donde el universo emergió de la nada, con el Big Bounce, donde el universo en expansión actual emergió de una masa supercomprimida que se creó cuando el universocontraído en su fase anterior. Descubrieron que todas las estructuras a gran escala del universo explicadas por la relatividad general se explican igualmente por la inflación después de este Big Bounce utilizando ecuaciones de cosmología cuántica de bucles.
En el nuevo estudio, los investigadores determinaron que la inflación bajo la cosmología cuántica de bucles también resuelve dos de las principales anomalías que aparecen bajo la relatividad general.
"Las fluctuaciones primordiales de las que estamos hablando ocurren a una escala de Planck increíblemente pequeña", dijo Brajesh Gupt, investigador postdoctoral en Penn State en el momento de la investigación y actualmente en el Centro de Computación Avanzada de Texas de la Universidad de Texas en Austin.. "Una longitud de Planck es aproximadamente 20 órdenes de magnitud más pequeña que el radio de un protón. Pero las correcciones a la inflación en esta escala inimaginablemente pequeña explican simultáneamente dos de las anomalías en las escalas más grandes del universo, en un tango cósmico de lo muy pequeño.y el muy grande. "
Los investigadores también produjeron nuevas predicciones sobre un parámetro cosmológico fundamental y ondas gravitacionales primordiales que podrían probarse durante futuras misiones de satélites, incluidos LiteBird y Cosmic Origins Explorer, que continuarán mejorando nuestra comprensión del universo temprano.
Además de Jeong, Ashtekar y Gupt, el equipo de investigación incluye a V. Sreenath en el Instituto Nacional de Tecnología de Karnataka en Surathkal, India. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, NASA, Penn State Eberly College of Science, y el Centro Interuniversitario de Astronomía y Astrofísica en Pune, India.
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Materiales proporcionado por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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