Detecció indirecta d'ones gravitatòries de l'origen de l'univers

Recordem el que vam dir al bloc del 3.10.13 sobre les ones gravitatòries:

Van ser predites per Einstein i es produeixen quan grans masses es mouen ràpidament deformant l’espai-temps i fent-lo oscil·lar.  Mai s’han detectat de forma directa, però en el 1974 Russell Hulse i Joseph Taylor van observar un púlsar doble.  Un púlsar és un estel de neutrons que gira a gran velocitat i amb molta regularitat de manera que constitueix una mena de rellotge còsmic. Aplicant les teories d’Einstein,  Hulse i Taylor van calcular que les ones gravitatòries produïdes per aquesta parella d’estels de neutrons extrauria energia del sistema i faria que les òrbites empetitissin i que la velocitat s’accentués. Desprès d’una observació de uns quants anys els dos astrònoms van veure que les observacions confirmaven els seus càlculs amb gran exactitud. En el 1993 van obtenir el premi Nobel per aquest treball.

Com vam dir en aquell bloc, les ones gravitatòries són molt difícils de detectar directament.  Pot ser només es podran detectar quan es porti a terme el projecte LISA que descrivíem allí i que, potser ara, s’accelerarà. Recordem que allí també vam dir que hi ha tres formes d’observar l’univers: per mitjà d’ones electromagnètiques de totes les freqüències, des dels raigs gamma a les ones de ràdio, per mitjà de neutrins i per mitjà d’ones gravitatòries.  La més comú és la radiació electromagnètica, però en els aproximadament primers 400.000 de l’univers l’estat de la matèria era un plasma, és a dir un gas ionitzat que impedia que els fotons d’aquesta radiació viatgessin lliurament i, per tant, l’univers d’aquesta primera època no el podem observar, és opac com ho és el l’interior del Sol.

Ara bé, les ones gravitatòries sí que podien viatjar a través del plasma i ara, en un observatori al Pol Sud s’han detectat indirectament perquè han deformat la polarització de la radiació de fons de l’univers, la que es va produir quan, amb l’expansió de l’univers aquest es va transparent quan tenia uns 400.000 anys d’edat.

Quan es produeixen ones gravitatòries com les que s’originen en el púlsar doble esmentat més amunt, les ones són de la grandària dels objectes, però es calcula que les ones detectades tenen una grandària de mil milions d’anys-llum i, com que no tenim objectes d’aquesta grandària a l’univers,  això només pot venir d’un fenomen molt violent que es creu que va tenir lloc en els primers instants de l’univers quan,  en un període extremadament curt, l’univers es va hiperinflar del volum molt més petit que el d’un àtom al volum d’un pomelo. Aquesta inflació va ser a velocitat superlumínica.

La teoria de la inflació va ser desenvolupada per Alan Guth, un professor que ara és al MIT, quan era professor de Cornell en el 1979.  Ho va fer per a resoldre alguns problemes com el de la uniformitat de la radiació de fons. Si mirem al cel des de la Terra en dues direccions oposades veiem que aquesta radiació té la mateixa temperatura (uns -270 º).  Aquesta uniformitat ens planteja un problema perquè aquestes regions de l’espai estan tan allunyades  que mai han pogut interactuar,  ja que la llum que ens arriba a nosaltres de cada una d’elles no ha pogut arribar d’una a l’altra, no hi ha hagut suficient temps.   A menys que postulem que en una etapa molt primerenca de l’univers hi hagués hagut aquesta inflació superlumínica que les va separar quan estaven juntes.

Un dels altres problemes que  també resol la inflació és que hem comprovat,  amb força precisió , que l’espai és pla en el sentit de que els angles dels  triangles molt grans sumen 180º, però això suposa que la densitat de l’univers en els moments inicials estava superafinada, ja que qualsevol petita desviació de la densitat crítica s’amplifica enormement amb l’expansió. Aquesta causalitat és difícil de creure, però la hiperinflació inicial ho soluciona, ja que encara que l’espai fos corbat, la inflació l’aplana, de la mateixa manera que si inflem un globus enormement, la seva superfície ens sembla plana, com ens sembla que ho és la Terra.

Si es confirma aquest descobriment (les dades del satèl·lit Planck que es publicaran el mes d’octubre ho podrien fer), segurament algú rebrà un premi Nobel, al menys el cap de l’equip de l’experiment,  el Dr. John M. Kovac del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ,  i,  potser, la persona que va predir la inflació,  Alan Guth.  Els experimentadors han estat molt curosos i han postergat la publicació de resultats un any per a tornar a comprovar totes les dades i tots els càlculs,  arriscant a que altres grups,  que competien amb ells, publiquessin abans el resultat.

Tinguem en compte que la teoria de la inflació prediu una infinitat d’universos. Per tant, si una predicció de la teoria es confirma, això la fa més creïble i també són més creïbles les seves altres prediccions. Estaríem en un moment tan important com en els anys 20 del segle passat quan es va veure que la nostra galàxia no era tot l’univers sinó que formava part d’una entitat molt més gran on existien milers de milions de galàxies.