Así sonó el Big Bang

Hay un agujero en nuestro conocimiento sobre cómo el Universo empezó a existir. Sabemos que, primero, se infló muy rápidamente, durante apenas una fracción de segundo. Y que después estalló dando lugar a lo que conocemos como Big Bang. ¿Pero qué pasó exactamente entre esos dos momentos? La cuestión, durante años, ha sido abordada sin éxito por los científicos. Y ahora un equipo de investigadores del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts), el Kenyon College, en Ohio, y la Universidad de Leiden, en los Países Bajos, cree haber hallado, por fin, la respuesta. Su trabajo se acaba de publicar en Physical Review Letters.

En el primer período, conocido como inflación, el Universo pasó de ser un simple punto a un espacio un octillón de veces más grande (un uno seguido de 27 ceros). Y todo en menos de una trillonésima de segundo. Después vino un período de expansión mucho menos rápida, pero violenta, que conocemos como Big Bang. Ese fue el momento en que una bola de fuego incleíblemente caliente de partículas como protones, electrones o neutrones, empezó a expandirse y a enfriarse para formar primero átomos, y después las estrellas y galaxias que podemos ver en la actualidad.

A día de hoy, la teoría del Big Bang sigue siendo la mejor explicación que tenemos (y la más aceptada) de cómo nuestro Universo empezó a existir. Pero seguimos aún sin acertar a saber cómo se conectan esos dos períodos de expansión tan diferentes entre sí. Para resolver el enigma, los investigadores decidieron simular ese crítico periodo de transición, llamado “recalentamiento”, que existió brevemente entre la inflación cósmica y el Big Bang propiamente dicho.

El «Bag» en el Big Bang

“El período de recalentamiento posterior a la inflación -explica David Kaiser, profesor de física en el MIT y uno de los autores del trabajo- establece las condiciones para el Big Bang y, en cierto sentido, pone el “Bang” en el Big Bang. Es justo en este período-puente cuando el infierno se desata y la materia empieza a comportarse de un modo que es de todo menos simple”.

Durante el brevísimo período inflacionario, todo lo que existía se expandió muy rápidamente, haciendo del Universo un lugar frío y vacío, sin la sopa caliente de partículas necesarias para encender el Big Bang. Pero según Rachel Nguyen, autora principal del estudio, durante el recalentamiento la energía que impulsaba la inflación decayó para formar partículas. Y una vez nacidas, esas partículas empezaron a rebotar y a chocar entre ellas, transfiriéndose energía, recalentando el Universo y estableciendo las condiciones iniciales para el Big Bang.

En su modelo, Nguyen y sus colegas simularon el comportamiento de un tipo exótico de partículas llamadas “inflatones”. Los investigadores creen que estas partículas hipotéticas (hasta ahora no han sido descubiertas en laboratorio), similares al bosón de Higgs, crearon el campo de energía que impulsó la inflación. El modelo muestra que, si se dan las condiciones adecuadas, la energía de los inflatones puede redistribuirse y crear la diversidad de partículas necesaria para recalentar el Universo y dar comienzo al Big Bang.

“Cuando simulamos el Universo temprano -dice por su parte Tom Giblin, otro de los autores de la investigación- lo que realmente estamos haciendo es un experimento de partículas a temperaturas muy, muy altas. La transición del periodo inflacionario frío al periodo caliente debería mostrar alguna evidencia clave sobre qué tipos de partículas pueden existir realmente a estas energías tan extraordinariamente altas”.

La gravedad

Otra de las preguntas que atormentan desde hace mucho a los físicos es cómo la gravedad podría influir y comportarse en el medio extraordinariamente energético del período inflacionario. En su simulación, Nguyen y sus colaboradores descubrieron que cuanto más aumentaban la fuerza de gravedad, más eficientemente los inflatones transferían la energía necesaria para producir el auténtico zoo de partículas de materia caliente que había durante el Big Bang.

“El Universo guarda muchos secretos codificados de formas muy complejas -explica Giblin a la revista Live Science- . Nuestro trabajo es aprender sobre la naturaleza de la realidad creando dispositivos de decodificación, formas de extraer información del Universo. Usamos simulaciones para hacer predicciones sobre cómo debería ser el Universo para que podamos empezar a decodificarlo. Y ese periodo de recalentamiento debería haber dejado una huella en algún lugar del Universo. Solo necesitamos encontrar esa huella”.

Algo que, desde luego, resultará sin duda bastante complicado.

/psg