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El universo se creó hace unos 13.800 millones de años en una explosión de luz: el big bang. Unos 380.000 años más tarde, después de que la materia (principalmente hidrógeno) se enfriara lo suficiente como para que se formaran átomos neutros, la luz pudo atravesar el espacio libremente. Esa luz, la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB), nos llega desde todas las direcciones del cielo de manera uniforme... o eso parecía al principio. En las últimas décadas, los astrónomos han descubierto que la radiación tiene débiles ondulaciones y protuberancias a un nivel de brillo de solo una parte entre cien mil: las semillas de futuras estructuras, como las galaxias.
Los astrónomos han conjeturado que estas ondulaciones también contienen rastros de un estallido inicial de expansión -la llamada inflación- que hizo crecer el nuevo universo en treinta y tres órdenes de magnitud en apenas diez a la potencia menos 33 segundos. Las pistas sobre la inflación deberían estar ligeramente presentes en la forma en que se rizan las ondas cósmicas, un efecto debido a las ondas gravitacionales en la infancia cósmica que se espera que sea quizás cien veces o más débil que las propias ondas.
El efecto de curvatura produce patrones en la luz conocidos como "polarización en modo B", y se espera que sea extremadamente débil. Existen otros procesos exóticos en el universo que hacen que esta difícil medición sea aún más complicada. El principal es el débil resplandor de la luz procedente de las partículas de polvo de nuestra galaxia que han sido alineadas por los campos magnéticos. Esta luz también está polarizada y puede ser retorcida por los campos magnéticos para producir patrones de polarización en modo B. Las ondas de radio de nuestra galaxia pueden producir efectos similares. Hace unos seis años, los astrónomos del CfA que trabajaban en el Polo Sur informaron de las primeras pruebas de esa curvatura, la "polarización en modo B", a niveles consistentes con modelos simples de inflación, pero las mediciones posteriores en diferentes frecuencias (o colores) de la luz de microondas revelaron que la señal podía explicarse por el polvo galáctico.
En los años transcurridos desde aquellas primeras mediciones de la polarización en modo B, los astrónomos han continuado con sus meticulosas observaciones, añadiendo potentes datos procedentes de nuevos telescopios a muchas frecuencias diferentes que operan en el Polo Sur. Los astrónomos del CfA D. Barkats, H. Boenish, J. Connors, J. Cornelison, M. Dierickx, M. Eiben, D.C. Goldfinger, P. Grimes, S. Harrison, K.S. Karkare, J. M. Kovac, B. Racine, S. Richter, B.L. Schmitt, T. St. Germaine, C. Verges, C.L. Wong, L. Zeng y un amplio equipo de colegas acaban de completar un análisis de todos los datos de los experimentos del Polo Sur BICEP2, Keck Array y BICEP3 hasta 2018, y correlacionan los resultados con los de las misiones espaciales del CMB Planck y WMAP. (Aunque la recopilación de datos para esas misiones terminó en 2013 y 2010, respectivamente, el procesamiento de datos continúa y los científicos utilizaron la versión de 2018). Los nuevos resultados mejoran las mejores restricciones anteriores sobre el rizado en aproximadamente un factor de dos, y ahora proporcionan una poderosa orientación sobre los tipos de modelos de inflación que podrían describir los primeros momentos del universo.
Ahora se descarta en gran medida una amplia clase de modelos simples. El equipo informa de que el más favorecido de la clase restante de modelos predice ondas gravitacionales primordiales a niveles que deberían detectarse (o descartarse) en la próxima década con telescopios actualizados en el Polo Sur. El equipo ya está actualizando el sistema BICEP y espera obtener un factor adicional de unas tres mejoras en un plazo de cinco años, suficiente para establecer restricciones estrictas a los modelos inflacionarios.
Fuentes, créditos y referencias:
P. A. R. Ade et al, Improved Constraints on Primordial Gravitational Waves using Planck , WMAP, and BICEP/ Keck Observations through the 2018 Observing Season, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.151301
Imagen: El telescopio BICEP3 situado en la estación Amundsen-Scott del Polo Sur en la Antártida. (El faldón metálico que rodea el telescopio lo protege de la luz reflejada por el hielo circundante). Los nuevos resultados que analizan los datos del BICEP3 junto con los datos anteriores y los conjuntos de datos de las misiones espaciales han mejorado las restricciones anteriores sobre los tipos de modelos de inflación que podrían describir los primeros momentos del universo. Crédito: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.