La materia oscura y la energía oscura pueden haber impulsado la inflación, la expansión exponencial del Universo momentos después del Big Bang. Un nuevo modelo cosmológico propuesto por físicos de la Universidad de Varsovia, que tiene en cuenta la inflación oscura, es el primero en describir uncronología precisa de los principales eventos durante la historia temprana de nuestro Universo. El modelo hace una predicción espectacular: que debería ser posible detectar ondas gravitacionales que se formaron solo fracciones de un segundo después de la creación del espacio-tiempo.
¿Qué sabemos sobre la evolución del Universo inmediatamente después del Big Bang? A pesar de la extensa investigación llevada a cabo durante décadas, los modelos cosmológicos actuales aún no describen una cronología precisa de los eventos. Investigadores de la Facultad de Física de la Universidad deVarsovia UW Physics ha desarrollado un nuevo modelo en el que la expansión exponencial de la materia oscura y la energía oscura desempeña un papel clave.El modelo de inflación oscura organiza la historia térmica del Universo en orden cronológico y predice que pronto podremos detectarondas gravitacionales primordiales formadas inmediatamente después del Big Bang.
La estructura más temprana del Universo que podemos estudiar hoy es la radiación cósmica de fondo de microondas CMB. Esta reliquia electromagnética se remonta a unos 380,000 años después del Big Bang y es sorprendentemente homogénea, incluso en regiones que están tan separadas que la luz no puedeNo he cubierto la distancia entre ellos en el tiempo disponible. En 1979, Alan Guth propuso la inflación como una simple explicación de esta uniformidad: las vastas distancias actuales entre las regiones homogéneas son tan grandes porque en un momento hubo una expansión extremadamente rápida deespacio-tiempo, ampliándose mil millones de billones de veces en fracciones de segundo. Se dice que fue impulsado por un hipotético campo de inflación y partículas conocidas como inflatons.
"El problema fundamental con la inflación es que realmente no sabemos exactamente cuándo ocurrió y a qué niveles de energía. El rango de energías a las que podría haber ocurrido la inflación es vasto, se extiende por más de 70 órdenes de magnitud", explica el Prof.Zygmunt Lalak UW Physics. Agrega: "La inflación se describe como un período de expansión sobreenfriada. Sin embargo, para que los modelos cosmológicos sean consistentes, después de la inflación, el Universo debería haber sido recalentado a una temperatura muy alta, y no tenemos idea de cómoo cuándo podría haber ocurrido. Al igual que con la inflación en sí, estamos lidiando con energías en un rango de 70 órdenes de magnitud. Como resultado, la historia térmica del Universo aún no se ha descrito ".
Las mediciones de radiación CMB usando el satélite Planck se han utilizado para estimar la composición del Universo contemporáneo. Resulta que la energía oscura comprende hasta el 69% de toda la energía / materia existente, con la materia oscura que comprende el 26% y la materia ordinariasolo 5%. La materia oscura y la materia ordinaria no interactúan en absoluto, o sus interacciones son tan débiles que apenas estamos comenzando a notar el impacto gravitacional de la materia oscura en el movimiento de las estrellas en las galaxias y las galaxias en los cúmulos.factor responsable de la expansión acelerada del Universo.
"Nuestro modelo de inflación es significativamente diferente de los propuestos en el pasado. Comenzamos con la suposición de que, dado que hoy la materia oscura y la energía oscura comprenden hasta el 95% de la estructura del Universo, ambos factores deben haber sido extremadamente importantes inmediatamente despuésel Big Bang. Por eso describimos al sector oscuro del Universo como responsable del proceso de inflación ", explica el Dr. Michal Artymowski UW Physics, autor principal del artículo publicado en el Revista de Cosmología y Física de Astropartículas .
En el modelo propuesto por los físicos teóricos de la Universidad de Varsovia, la inflación es impulsada por un campo escalar. Las propiedades del campo significan que la inflación no es permanente y debe terminar: en algún momento, la tasa dela expansión del Universo comenzará a desacelerarse en lugar de acelerarse. En el punto de este cambio, se forman nuevas partículas relativistas, que se comportan de la misma manera que la radiación. Algunas de estas partículas son descritas por el Modelo Estándar, mientras que otras pueden corresponder a partículaspredicho por teorías más allá del Modelo Estándar, como la supersimetría.
"En nuestros modelos, las nuevas partículas son el resultado de la gravitación, que es una fuerza muy débil. El proceso de formación de partículas es ineficaz y, al final de la inflación, los inflatons continúan dominando el Universo", dice Olga Czerwinska,Estudiante de doctorado en UW Physics.
Para recrear el dominio observado de la radiación en el Universo, los inflatons deberían perder energía rápidamente. Los investigadores proponen dos mecanismos físicos que podrían ser responsables del proceso. Revelan que el nuevo modelo predice el curso de los eventos de la temperatura térmica del Universohistoria con una precisión mucho mayor que la anterior.
Las predicciones del modelo con respecto a las ondas gravitacionales primordiales son especialmente interesantes. Las ondas gravitacionales son vibraciones del espacio-tiempo en sí, y ya se han detectado varias veces. En cada caso, su fuente ha sido la fusión de un par de agujeros negros o estrellas de neutrones.Los modelos cosmológicos predicen que las ondas gravitacionales también deberían aparecer como resultado de la inflación. Sin embargo, toda la evidencia sugiere que las vibraciones del espacio-tiempo causadas por la inflación serían tan débiles ahora que ningún detector existente o futuro habría podido registrarlas.fueron revisados cuando los físicos de la Universidad de Varsovia tomaron en cuenta los efectos del sector oscuro del Universo.
"Las ondas gravitacionales pierden energía como radiación. Sin embargo, los inflatons deben perderla significativamente más rápido. Si la inflación involucra al sector oscuro, la entrada de ondas gravitacionales aumenta proporcionalmente. Esto significa que las huellas de las ondas gravitacionales primordiales no son tan débiles como originalmentepensamiento ", agrega el Dr. Artymowski.
Las estimaciones realizadas por el físico de Varsovia son optimistas. Los datos sugieren que las ondas gravitacionales primordiales podrían ser detectadas por observatorios actualmente en la etapa de diseño o en construcción, como el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro Deci-Hertz DECIGO, Antena espacial de interferómetro láserLISA, European Pulsar Timing Array EPTA y Square Kilometer Array SKA. Los primeros eventos podrían detectarse en la próxima década. Para los cosmólogos, este sería un descubrimiento sin precedentes, allanando el camino para la investigación de eventos gravitacionales que tuvieron lugarinmediatamente después del Big Bang, un período hasta ahora imposible de estudiar.
El modelo de inflación oscura tiene otro aspecto fascinante: depende en gran medida de la teoría gravitacional. Al comparar las predicciones del modelo con los datos recopilados por los observatorios gravitacionales, los cosmólogos deberían poder proporcionar nuevas verificaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein. ¿Qué sucede si¿encuentra discrepancias? Significaría que los datos de observación proporcionan la primera información sobre las propiedades de la gravedad real.
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Materiales proporcionado por Facultad de Física Universidad de Varsovia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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