Hasiera »   Gai librean »   Unibertsoko espagetiak

Espaguetis do universo

• Zabaldu:
• Twitter
• Facebook
• Emaila

Ao falar de obxectos unidimensionales (cordas) en física básica, véñennos á mente varias opcións. Por unha banda temos supercuerdas. Nos últimos anos, físicos e matemáticos traballaron enormemente na teoría dos supercuerdas. A idea fundamental é que as partículas elementais non son puntuais senón obxectos dispersos unidimensionales. Dalgunha maneira, as partículas non son unhas "bolitas", senón unhas "sokitas" que vibran. Pero doutra banda, os científicos tamén investigamos outro tipo de corda: as cordas cósmicas. E aínda que ambas son cordas", non teñen nada que ver unhas con outras. Neste artigo falaremos destas últimas cordas.

As cordas cósmicas son erros topológicos. Cando o universo era moi novo, producíronse transicións de fase cosmológicas que poderían dar lugar a erros e que son as cordas cósmicas.

Tentemos entendelo cunha analogía: supoñamos que una das fases de transición do universo é algo equivalente á conversión da auga líquida en xeo. Por tanto, a altas temperaturas teriamos auga líquida e ao baixar a temperatura a auga converteríase en xeo. Pero é posible (segundo a teoría que utilizamos) que dentro do xeo aparezan arroios de auga líquida. Se isto ocorrese, os que vivimos nunha fase fría (xeo), poderemos observar como era a fase cálida observando eses regatos. Estes arroios son análogos aos defectos, os fragmentos de alta temperatura (arroios) que permaneceron na fase de baixa temperatura (xeo).

Enerxías moi altas

Os erros que predín os modelos cosmológicos de alta enerxía teñen, na maioría dos casos, forma de corda, é dicir, son obxectos unidimensionales. Ademais, teñen unhas propiedades incribles: aínda que teñen una anchura moito menor que a dun átomo (quizais a anchura dun protón), a lonxitude é medida en anos luz (esténdense ao longo de todo o universo). A masa tamén é enorme: una corda dun quilómetro tería a mesma masa que a Terra! Pode ser de axuda ter una imaxe mental normal: as cordas cósmicas son similares ás de espaguetis moi longo, moi fino e de gran masa.

En cosmología é moi difícil detectar erros e, dalgunha maneira, só son coñecidos no ámbito teórico. Pero noutros ámbitos da física prodúcense erros. Na física da materia condensada, por exemplo, aparecen defectos en cristais líquidos, materiais ferromagnéticos, superconductores, etc. Estes erros poden ser analizados en laboratorio, o que permite una interesante relación entre materia condensada e cosmología. En calquera caso, aínda que non se viron en cosmología, é bastante lóxico pensar que os erros poden estar no universo, xa que existen noutros ámbitos da física.

As cordas cósmicas son posibles en moitas teorías de alta enerxía, incluída a teoría das supercuerdas (por tanto, aínda que con conceptos totalmente diferentes, as supercuerdas e as cordas cósmicas teñen algúns enlaces). E, se aparecesen, aparecerían nunha enerxía moi alta, moi superior á que se pode obter nos aceleradores de partículas. Atopar cordas suporía un gran avance paira a física básica. Paira moitos, as cordas cósmicas son una das poucas posibilidades de probar directamente a teoría das supercuerdas.

Pero, como dixemos, é moi difícil observar directamente as cordas cósmicas. Imaxinemos que as cordas cósmicas formáronse no universo recentemente nado. Naquela época o universo parecía espaguetar un prato. Pero a medida que o universo se arrefría e crece, a densidade de corda foi diminuíndo. Agora só uns poucos espaguetis están no noso prato (o noso universo observable). Estar preto de nós é un feito moi pouco probable. Por tanto, en lugar de medir directamente as cordas, deberemos medir os seus efectos indirectos, por exemplo mediante o efecto das cordas sobre a radiación microondas de fondo (CMB) ou mediante o efecto da lente gravitatoria.

Indicios indirectos

A lente gravitatoria é un fenómeno coñecido na astrofísica: se hai un obxecto de gran masa entre unha galaxia afastada de nós e nós (por exemplo, un conxunto de galaxias), a luz da galaxia afastada deteriórase como consecuencia dese obxecto intermedio e a imaxe se distorsiona. A análise da distorsión permite deducir as propiedades do obxecto central con masa. Así mesmo, se existise una corda cósmica entre a galaxia remota e nós, a imaxe se distorsionaría, pero a distorsión que producen as cordas e a provocada por calquera outra masa son diferentes. No caso do efecto normal da lente gravitatoria (producido por obxectos astrofísicos de alta masa, como conxuntos de galaxias), aparecerán numerosas imaxes dun só obxecto remoto, xeralmente en forma de anel ou arco. No caso do efecto da lente gravitatoria que producirán as cordas, tamén se producirán múltiples imaxes do obxecto remoto, pero, ao contrario que no outro caso, todas as imaxes terán o mesmo aspecto, coma se estivesen repetidas.

Isto é o que viron ao observar o obxecto denominado CSL-1 (Capodimonte-Stenberg-Lens, 1º candidata): dúas galaxias moi similares entre si. Paira explicar un obxecto deste tipo, só existen dúas posibilidades: o efecto da lente gravitatoria producida por unha corda cósmica (por tanto, dúas imaxes iguais dunha soa galaxia), ou que dúas galaxias con propiedades moi similares (tanto en fotometría como en espectroscopia) estean xuntas (desde o noso punto de vista). Ambas as opcións son moi pouco probables e paira coñecer a resposta real realizáronse observacións máis precisas. Cando o Telescopio Hubble observou o CSL-1, observou que ambas as imaxes non eran exactamente iguais. Non se trataba dunha corda, senón de dúas galaxias similares. O equipo que atopou o CSL-1 segue buscando máis obxectos deste tipo, esperando atopar una corda.

A outra posibilidade que mencionamos é a CMB, a radiación microondas de fondo. O CMB é moi homoxéneo, pero ten algunhas anisotropías, algúns gránulos. Estes grans, aínda que pequenos, foron medidos en experimentos cosmológicos. Coñécese a paradigma que explica moi ben as anisotropías: a inflación. Segundo a inflación, o universo creceu exponencialmente a curto prazo. Pero tamén pode ser a formación de cordas cósmicas ao final da inflación. Ao mover as cordas polo universo provocarán perturbacións e atraerán a materia. Estas perturbacións formarán tamén anisotropías, ademais de anisotropías xeradas pola inflación. Se houbese cordas cósmicas, poderiamos medir estas perturbacións "extra" xeradas no CMB e detectar as cordas indirectamente.

As anisotropías de cmb que xerarían as cordas cósmicas pódense simular mediante supercomputadores e comparalas coas anisotropías de temperatura de CMB medidas por experimentos cosmológicos. Tomemos os mellores datos cosmológicos dispoñibles, como os achegados por WMAP. Utilizando modelos de inflación, tentemos axustar os datos o mellor posible. Agora, tendo en conta tamén as perturbacións extras xeradas polas cordas, tamén axustaremos os datos. Mediante esta análise, os experimentos numéricos dinnos que si temos en conta as cordas cósmicas podemos explicar mellor os datos. Non podemos dicir con certeza que atopamos cordas. Ademais, con outros datos cosmológicos (ademais do CMB) non é tan evidente a existencia de cordas. Necesitamos datos novos e máis precisos. Quizais nos axude o satélite Planck que despegou en maio. Planck medirá o CMB con gran precisión, tanto a anisotropía de temperatura como a anisotropía de polarización. Outros experimentos tamén realizarán novas medicións.

Pero en calquera caso, cos datos actuais, podemos afirmar que os datos non din que non haxa cordas. E a simple detección de cordas é moi importante. Se os novos datos deixan claro que as cordas non se formaron, teremos que descartar algúns modelos cosmológicos e, quizais, crear novos modelos. Doutra banda, se podemos observar as cordas, veremos as reliquias do universo recentemente nado, una oportunidade única paira ver como era o universo recentemente nado.