la asimetría del CMB implica un universo abierto?.

La densidad de materia y energía parece variar con más fuerza en un lado del cielo frente a otros. Esta sorprendente conclusión se basa en la evidencia de dos recientes estudios en profundidad del fondo cósmico de microondas(CMB), la radiación térmica dejada por el Big Bang. Para explicar esta asimetría hemisférica, los modelos anteriores [ver aquí] suponían que la distribución de la fluctuaciones materia /energía se comportaba de manera diferente más allá de una determinada escala de distancia, que es sólo un poco más grande que el tamaño del universo observable. Sin embargo, el origen de esta escala fundamental de distancia se quedó sin explicación. Ahora, Andrew Liddle y Marina Cortes de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, postulan [ver aquí] que esta escala de distancias puede representar el radio de curvatura de un universo con curvatura negativa (o "abierto"). En la revista Physical Review Letters, los investigadores muestran cómo una asimetría "curvatura-inducida" puede surgir naturalmente, si el Universo es abierto y nació a través de un proceso llamado nucleación de burbujas. Los cosmólogos han aprendido mucho acerca de nuestro Universo utilizando el CMB como un indicador de la temperatura cósmica. Las fluctuaciones espaciales en la señal de microondas proporcionan una ventana a las fluctuaciones de densidad primordiales que fueron semillas de las galaxias y otras estructuras cósmicas. Estas fluctuaciones se han medido con una precisión exquisita por dos misiones espaciales recientes: el satélite Planck [ver aquí] y la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) [ver aquí y aquí]. Los datos han confirmado muchas de las predicciones de la inflación, un hipotético período de expansión acelerada que ocurrió una pequeña fracción de segundo después del Big Bang.Pero algunas discrepancia o anomalías se mantienen En particular, la predicción estadística de homogeneidad (la similitud en la distribución de las fluctuaciones de densidad primordiales en todas partes en el espacio), ha sido puesta en duda por las mediciones del CMB. Tanto la Colaboración Planck y el equipo de WMAP han informado de una diferencia en estas fluctuaciones en dos hemisferios opuestos del cielo, más o menos divididas a lo largo del plano de la eclíptica (el plano definido por la órbita de la Tierra alrededor del Sol).La temperatura media es la misma en ambos hemisferios, pero la varianza (o discrepancia) es más o menos 10 % más grande en un lado del cielo en comparación con el otro cuando los datos se dividen en parches que son de 3 º de ancho o mucho mayor(véase la fig. 1, parte superior).





fig 1 , en la parte superior las fluctuaciones de temperatura sobre las grandes escalas son mayores en la parte derecha de este mapa del CMB.En la parte inferior de acuerdo al modelo de inflación abierta nuestro universo nació vía nucleación de burbujas dentro de un más grande metauniverso dibujado aquí con 2 dimensiones espaciales .Desde la perpectiva del metauniverso las burbujas se forman en el tiempo T₀ y se expanden hacia afuera como es mostrado con anillos rojos en los tiempo T₁ ,T₂ y T₃.En el espacio tridimensional esta expansión forma una "pared de burbuja" que actúa como el punto inicial ( t₀ ) de nuestro universo.Los subsequentes tiempos ( t₁,t₂ y t₃ ) son definidos sobre hipersuperficies encima de la pared de burbuja,Las lineas amarillas muestran las trayectorias de posición constante en el espacio dentro de este universo abierto.Crédito.ESA and the Planck Collaboration/Alan Stonebraker.


Antes de continuar, hay que señalar que la significación estadística de los resultados sigue siendo objeto de debate. Mientras que la asimetría es significativa en el nivel ≳ 3 σ, algunos se preguntan si es simplemente una consecuencia del efecto "mirar -en otro lugar", es decir, que la prueba de todo tipo de anomalías en el CMB, y el espacio de parámetros investigados es tan grande que no es de extrañar que, por casualidad, uno de los parámetros muestre un resultado positivo. Los Modelos cosmológicos hacen predicciones estadísticas sobre la distribución de las fluctuaciones de temperatura en un conjunto de cielos del CMB, pero tenemos un solo cielo del CMB para observar. Por lo tanto, si la asimetría observada es una casualidad estadística, nos quedamos ahí, con ella, porque no hay manera de aumentar las estadísticas de esta medida en particular.Pero si la asimetría es real y no sólo una casualidad estadística, entonces es muy importante. Bien puede ser un remanente del Universo preinflacionario! Varios teóricos han desarrollado modelos físicos de la asimetría con la esperanza de que estos modelos harán otras predicciones que pueden probarse empíricamente. Estos modelos deben generar fluctuaciones de temperatura más fuertes en un lado del universo observable, si bien mantienendo la temperatura media igual en ambos lados, hasta en un 0.1 %. Por otra parte, los modelos asimétricos deben conservar la forma casi Gaussiana (mejor que una parte en 10⁴  ) en las distribuciones de las fluctuaciones primordiales en una escala angular particular. Una forma de explicar la asimetría es modificar el modelo inflacionario. La teoría básica de la inflación supone que la rápida aceleración es impulsada por un campo escalar cuántico, llamado el inflatón. Las perturbaciones en este campo se cree generalmente que son el origen de las fluctuaciones primordiales, pero es posible que las fluctuaciones provengan de un segundo campo escalar, llamado el curvatón. A través de esta adición, el inflatón, que controla la densidad total del universo, puede permanecer homogéneo, mientras que una fluctuación de longitud de onda larga en el curvatón puede modular la amplitud de la densidad de perturbación. En el 2008, un grupo de teóricos desarrolló un modelo preliminar en la que una fluctuación particular del curvatón podría explicar la asimetría CMB [ver aquí]. Ese modelo y los parecidos a él, simplemente han sacado la fluctuación del curvatón desde un sombrero, eligiendo su amplitud y longitud de onda para generar la asimetría observada. Por el contrario, Liddle y Cortés sugieren que el modo curvatón está directamente relacionado con la escala de curvatura en un universo ligeramente abierto. Un, universo abierto curvado negativamente, donde las líneas paralelas divergen (como en una silla de montar), se produce cuando la densidad total es menos de la denominada densidad crítica, en la que la energía potencial gravitatoria de la gravedad coincide con la energía cinética de la expansión La evidencia reciente sugiere que nuestro Universo tiene una geometría plana en lugar de curvada, pero las mediciones en curso permiten un universo en el que la densidad total difiere como mucho en un 1 % de la densidad crítica. Por lo tanto, es concebible que el Universo que parece plano, este en realidad curvado con un radio característico que se extiende más allá de nuestro horizonte observable por no más de un orden de magnitud. Liddle y Cortés proponen que este radio de curvatura superhorizonte establece la longitud de onda de la fluctuación curvatón generadora de asimetría. A continuación, muestran que la amplitud de la fluctuación curvatón surge de forma natural en los modelos de " inflación abierta", desarrollados en la década de 1990 [ver aquí],en el que nuestro universo observable forma como una burbuja dentro de un metauniverso más grande. Esta burbuja nace, o nuclea, a través de un evento de tunelización cuántica, en el que el vacío cambia de un estado de energía a otro. La burbuja se expande a una velocidad que se aproxima a la velocidad de la luz. Uno no adivina inmediatamente que un Universo abierto, que tiene volumen infinito, puede ser encerrado dentro de una burbuja finita. Sin embargo, es posible cuando uno se da cuenta de que el tiempo se define dentro de la burbuja de una manera diferente que en el exterior (véase la fig. 1, parte inferior). Si nos limitamos a dos dimensiones espaciales, entonces un tiempo concreto de nuestro universo es una infinita hoja curveada, o hipersuperficie, en el espacio-tiempo del más grande metauniverso. De acuerdo con el modelo de inflación abierta, el evento de tunelización cuántica que da nacimiento a la burbuja también inducirá fluctuaciones en la pared de la burbuja. Estas fluctuaciones en la pared de la burbuja se imprimen a sí mismas en las fluctuaciones curvatón. Debido a la curvatura de un universo abierto, la descomposición de Fourier de estas fluctuaciones no es la misma, que sería en el espacio euclidiano plano. Para longitudes de onda mayores que la escala de curvatura, la generalización Universo-abierto de modos de Fourier debe ser aumentada por un nuevo conjunto de modos "supercurvatura" [ver aquí]. Estos modos supercurvatura describen las fluctuaciones de densidad que resultan de las fluctuaciones de la pared de la burbuja [ver aquí]. Liddle y Cortés muestran que con una adecuada elección de parámetros, el modelo de inflación abierta puede generar una fluctuación curvatón de longitud de onda larga con la amplitud requerida para tener en cuenta la asimetría del CMB. El universo resultante es consistente con los límites de la densidad total, así como con la Gaussianidad en la distribución de fluctuación. Sin embargo el trabajo de Liddle y Cortés no es completo. La asimetría en su modelo es,independiente de la escala. Eso sugiere que los dos lados del cielo deberían tener diferentes amplitudes de fluctuación de densidad para sectores más pequeños que 3 º. Pero las observaciones astronómicas no lo confirman. Los cuásares, por ejemplo, aparecen típicamente en regiones de alta densidad que se extienden sobre 1 / 100 de un grado, y su abundancia difiere por menos de 1 % en ambos lados de el cielo [ver aquí]. Trabajo adicional se debe hacer para incorporar una asimetría dependiente de la escala en los modelos basados en la curvatura. Una posibilidad es tener tanto al inflatón como al curvaton jugando papeles principales en la generación de las perturbaciones primordiales [ver aquí y aquí ].¿Hay alguna manera de probar este nuevo modelo? El tiene muchas de las mismas predicciones que los modelos anteriores de Gaussianidad, escala -dependencia, y de temperatura a pequeña escala del CMB / fluctuaciones de polarización  [ver aquí]. Pero ella se distingue en la predicción de que el Universo debe ser un poco abierto.La cantidad de curvatura es pequeña, pero puede ser detectable por la colaboración de Planck a medida que más y más de los datos se analizen. De lo contrario, es posible que tengamos que esperar a que un satélite de próxima generación del CMB mejore la sensibilidad de Planck.





artículo del físico Marc Kamionkowski para physics.aps.






fuente de la información:






 http://physics.aps.org/articles/v6/98

un vislumbre del más temprano universo.

Una nueva teoría cosmológica aborda la descripción de la primera época del Universo, un periodo inaccesible para los modelos actuales.La inflación cosmológica, la hipótesis de que el universo primitivo experimentó una expansión muy rápida, es un paradigma popular en la cosmología moderna. La teoría explica con éxito cómo las fluctuaciones mecánico cuánticas del vacío, comenzando aproximadamente a 10^-36 segundos después del Big Bang, podrían haber dado lugar a la estructura a gran escala del Universo, llevando a predicciones que han sido confirmadas por una serie de observaciones cosmológicas. Sin embargo, la cosmología inflacionaria no puede ser la teoría última del universo. Si se proyecta el Universo hacia atrás en el tiempo, se pone tan caliente y denso que las leyes de la física en la que se basa la inflación (la relatividad general clásica) se descomponen. En la llamada era de Planck, que dura hasta (10^-43s) después del Big Bang, la fuerza de gravedad habría alcanzado valores comparables a las otras fuerzas fundamentales. En este régimen, los efectos de la gravedad cuántica habrían sido importante, creando condiciones que van más allá de la comprensión convencional del espacio y del tiempo.
figura 1.Esquema de la evolución del universo de acuerdo al modelo de Iván Agullo basado en la gravedad cuántica de bucles (LQG)extención del paradigma inflacionario (la figura no está a escala).La LQG es usada para describir el temprano universo de la era de Planck.Los autores muestran que su teoría conecta sin problemas con la cosmología convencional inflacionaria haciendo similares predicciones respecto al fondo cósmico de microondas .El modelo está basado en un " Big Bounce" en lugar de un "Big Bang" :una transición desde una fase de contracción a una fase de expansión de el universo.Crédito.Alan Stonebraker.


¿Qué condiciones existían antes de la inflación y en qué medida afectan las predicciones del modelo inflacionario? Tales cuestiones cosmológicas fundamentales siguen sin respuesta, ya que no tenemos aún una teoría que pueda hacer frente a la física de la época preinflacion y sin problemas conectarla al período inflacionario. Un artículo publicado en Physical Review Letters, por Iván Agullo y sus colegas en la Universidad Estatal de Pennsylvania en University Park, toma la Gravedad Cuántica de Bucles (LQG)-una teoría candidata de la gravedad cuántica -y la utilizan para ampliar el escenario inflacionario hasta el final a la era de Planck [ver aquí ]. Los autores también encuentran que las características de la fase preinflationaria podrían resultar en observables firmas cosmológicas, ofreciendo así una oportunidad para poner a prueba la gravedad cuántica y la física preinflationaria en futuras observaciones astronómicas. En la década de 1980, Guth, Linde, Albrecht y Steinhardt propusieron la teoría de la inflación cosmológica [ver aquí ,aquí y aquí] para explicar dos rompecabezas en el modelo del Big Bang de la cosmología: ¿por qué nuestro universo es aproximadamente plano (es decir, puede ser descrito como un espacio euclideo , con una curvatura infinitamente pequeña) y por qué las regiones muy distantes en el Universo parecen tener una correlación no aleatoria en su temperatura (lo que sugiere que una vez estuvieron causalmente conectadas). La inflación da respuesta a estas preguntas, al postular que el volumen del Universo se expandió rápidamente por un factor de al menos 10⁷⁸ en los primeros tiempos de la evolución cósmica. Muchos modelos de inflación existen, pero cualitativamente todos conducen a similares física: durante la inflación, las fluctuaciones cuánticas del vacío condujeron a fluctuaciones de densidad que actuaban como las semillas de la estructura a gran escala del Universo actual. Dado que estas fluctuaciones de densidad fueron acompañadas por fluctuaciones de temperatura, dejaron una huella observable en el fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación térmica liberada una vez que la expansión del universo permitió a los fotones viajar libremente en el espacio. Las predicciones de la teoría inflacionaria han sido ampliamente confirmadas por las mediciones del CMB [ver aquí]. A pesar de sus notables éxitos, la teoría de la inflación tiene varios problemas. El primero es el denominado "problema de la singularidad." En el 2003, Borde mostró que la inflación predice que el Universo, cuando evoluciona hacia atrás en el tiempo, se reduciría a un punto-la singularidad del Big Bang-en la que la densidad de energía, la curvatura del espacio-tiempo y la temperatura son infinitos [ver aquí]. Dado que la relatividad general se descompone en estas condiciones, la teoría inflacionaria actual no puede seguir siendo válida cuando se acerca a la singularidad. Otra dificultad es el problema "trans-Planck" [ver aquí]: de acuerdo con la inflación, las actuales escalas cosmológicas podrían haberse desarrollado a partir de características que eran más pequeñas que la longitud de Planck en el inicio de la inflación. La longitud de Planck (la distancia recorrida por la luz en un Planck segundo) es la escala de longitud natural en la era de Planck. Pero en una escala tan pequeña, la descripción clásica de la gravedad y el espacio-tiempo se cree que es inválida. En las altas densidades y energías del régimen pre-inflationario, se espera que los efectos cuánticos sobre la fuerza de la gravedad entren en juego. Bajo tales condiciones, una nueva teoría cuántica de la gravedad, que aún no se ha completado, es necesaria para describir la "microestructura" de espacio-tiempo, de forma similar a como la mecánica cuántica describe la microestructura de la materia. La gravedad cuántica de bucles es uno de esos intentos de fusionar la mecánica cuántica y la relatividad general. En la LQG, la geometría del espacio-tiempo continuo clásica se sustituye por una geometría discreta cuántica donde el espacio puede considerarse como hecho de un tejido fino de finitos "bucles". Durante la última década,la LQG se ha aplicado a la cosmología (un campo conocido como cosmología cuántica de bucles), con la esperanza de comprender la física de la época de Planck y la solución de los problemas de singularidad de los diferentes modelos cosmológicos, como la inflación [ver aquí y aquí]. Cuando el carácter discreto de espacio no importa, las ecuaciones de la LQG se aproximan a los modelos clásicos de la cosmología extremadamente bien (al igual que la mecánica cuántica se funde en la física clásica cuando los efectos cuánticos son despreciables). Sin embargo, las diferencias surgen cuando la curvatura del espacio-tiempo comienza a ser significativa. En la LQG, el Universo no surge a partir de una singularidad. En cambio, el Big Bang se sustituye por un "Big Bounce": el comienzo de un período de expansión que siguió a un período de contracción de una fase anterior del Universo. El trabajo de Agullo adopta el paradigma del rebote de la LQG y por lo tanto está libre del problema de la singularidad. Su idea física clave es que en la fase cercana al rebote(Bounce), las fluctuaciones del vacío ocurren sobre una no clásica geometría cuantificada del espacio-tiempo que abarca un volumen muy pequeño de aproximadamente 10³ longitudes cúbicas de Planck. Estas son las fluctuaciones que actúan como las semillas de la estructura a gran escala de nuestro universo. Dado que una teoría completa de la gravedad cuántica aún no está disponible, los autores tuvieron que limitarse a una aproximación: tratan a las fluctuaciones con la estándar teoría cuántica de campos (como en la cosmología inflacionaria), pero se aprovechan de los recientes resultados teóricos [ver aquí] y estudian cómo estas fluctuaciones evolucionan en un espacio-tiempo que se cuantifica por técnica de la LQG . Dado que el paradigma inflacionario se extiende a través de la LQG a la época de Planck, las inconsistencias trans-Planck también se resuelven, cuando la LQG trata con rigor la longitud sub-Planck. Hay que señalar que la consistencia de su análisis se basa en una suposición importante: las fluctuaciones del vacío cuántico no afectan a su vez a la geometría subyacente cuántica. Los autores muestran que esto es verdad para una amplia clase de posibles condiciones iniciales, para los que las fluctuaciones del vacío al comienzo de la inflación llegan a ser esencialmente la misma que las consideradas en el modelo estándar inflacionario. Su modelo basado en la LQG, ilustrado esquemáticamente en la figura. 1, es consistente con las predicciones de la teoría inflacionaria y la extiende de manera continua a la era de Planck. Sin embargo, para un subconjunto limitado de tales condiciones iniciales,el estado del vacío predicho por la LQG puede ser sutilmente diferente del asumido en la inflación. Esto llevaría a firmas potencialmente observables de la gravedad cuántica [ver aquí,aquí y aquí] que podrían ser reveladas en experimentos del CMB de alta precisión como las propiedades estadísticas no gaussiana de la distribución de la temperatura (que se espera que sea distinta de las predicciones del modelo estándar de la inflación). En caso de que las futuras observaciones confirmen las predicciones de la LQG, una era hasta ahora inaccesible-de los inicios del universo sería accesible para la cosmología observacional.Siendo capaces de ver el Universo muy temprano, cuando la gravedad estaba a la par con las otras fuerzas, bien puede ser la clave para una teoría totalmente coherente que unifique la relatividad general y la mecánica cuántica.





artículo del físico Parampreet Singh para Physics.aps.






fuente de la información:





http://physics.aps.org/articles/v5/142

energía oscura,materia oscura ....... magnetismo oscuro?

Hay un nuevo sospechoso en la búsqueda de la misteriosa fuerza que desgarra el cosmos

Estaremos solos en los días finales del cosmos. Su inmensidad resplandeciente lentamente se desvanecerá a medida que las innumerables galaxias retrocedan más allá del horizonte de nuestra visión. Decenas de miles de millones de años a partir de ahora, sólo un grupo denso de galaxias cercanas se quedarán, contemplando el espacio vacío.

Ese futuro sombrío se produce porque el espacio se está expandiendo cada vez más rápido, permitiendo que las regiones distantes, se deslizen a través del límite a partir del cual la luz no tiene tiempo para llegar hasta nosotros. Llamamos al autor de este infortunio energía oscura, pero no estamos cercanos en descubrir su identidad. Podría el culpable ser una fuerza repulsiva que se desprende de la energía del espacio vacío, o tal vez una modificación de la gravedad en las escalas más grandes? Cada opción tiene sus encantos, pero también problemas profundos.

Pero ¿y si esa fuerza misteriosa que aparece con la luz del cosmos es un eco extraño de la luz misma? La luz es sólo una expresión de la fuerza del electromagnetismo, y las vastas ondas electromagnéticas de una especie prohibida por la física convencional, con longitudes de onda de billones de veces más grande que el universo observable, podrían explicar la presencia nefasta de la energía oscura. Esa es la idea audaz de dos cosmólogos que piensan que las ondas de este tipo también podrían dar cuenta de los campos magnéticos misteriosos que vemos hilando a través de incluso las más vacías partes de nuestro universo. Versiones más pequeñas podrían estar emanando desde los agujeros negros en nuestra galaxia.

Son casi dos décadas desde que nos dimos cuenta de que el universo se está expandiendo aceleradamente . El descubrimiento surgió de las observaciones de supernovas que eran más tenue, y por lo tanto más lejanas,de lo que se esperaba, y ganaron sus descubridores el premio Nobel de Física en el 2011.

El primer sospechoso en el misterio de la energía oscura es la constante cosmológica, una energía que no cambia que podría surgir desde la espuma de corta duración,de las partículas virtuales que, de acuerdo a la teoría cuántica están eferveciendo alrededor constantemente desde el espacio vacío.

Para causar la aceleración cósmica que vemos, la energía oscura tendría que tener una densidad de energía de alrededor de medio julio por kilómetro cúbico de espacio. Sin embargo cuando los físicos trataron de sumar la energía de todas esas partículas virtuales, ,el resultado fue ya sea exactamente igual a cero (lo cual es malo), o algo tan enorme que el espacio vacío rasgaría toda la materia en fragmentos (lo cual es muy malo). En este último caso el resultado fue la asombrosa cifra de 120 órdenes de magnitud por encima del valor esperado , convirtiendola en la menos precisa predicción de toda la física.

Este obstáculo ha enviado a algunos investigadores por otro camino. Ellos argumentan que en la energía oscura lo que estamos viendo es una cara completamente nueva de la gravedad. A distancias de muchos miles de millones de años luz, ella podría pasar de ser atractiva a repulsiva.

Pero es peligroso ser tan displicente con la gravedad. La teoría general de la relatividad de Einstein describe la gravedad como la curvatura del espacio y el tiempo, y predice los movimientos de los planetas y las naves espaciales en nuestro propio sistema solar con una exactitud rígida. Al tratar de cambiar la teoría para que se ajuste a la aceleración en una escala cósmica, lo que se consigue son imprecisiones en las escalas cercanas.

Eso no ha impedido a muchos físicos perseverar en esta vía. Hasta hace poco, José Beltrán y Antonio Maroto estaban entre ellos. En el año 2008 en la Universidad Complutense de Madrid, España, ellos estaban jugando con una versión particular de un modelo de gravedad mutante llamada la teoría del vector-tensor, la cual ellos habían encontrado podría imitar a la energía oscura (ver aquí y aquí. Luego vino una repentina realización. La nueva teoría se suponía que describe a una versión extraña de la gravedad, pero sus ecuaciones tenían un extraño parecido con algunas de las matemáticas que subyacen a otra fuerza. "Se veían como el electromagnetismo", dice Beltrán, ahora en la Universidad de Ginebra en Suiza. "Empezamos a pensar que podría haber una conexión."

la teoría del magnetismo oscuro sugiere que un período de inflación en el temprano universo podría haber desencadenado modos de luz cuyas longitudes de onda son simplemente demasiado grandes para que ellas sean observadas.Crédito.Newscientist.

Así que decidíeron ver qué pasaría si sus matemáticas no describían a las masas y el espacio-tiempo, sino al magnetismo y las tensiones. Eso significaba hacer una mirada nueva al electromagnetismo. Como la mayor parte de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, el electromagnetismo se entiende mejor como un fenómeno en el que las cosas se cortan en trozos pequeños, o cuantos. En este caso los cuantos son los fotones: partículas sin masa y sin carga eléctrica que transportan a los fluctuantes campos eléctricos y magnéticos que apuntan en ángulo recto a su dirección de movimiento.

Esta descripción, llamada electrodinámica cuántica o QED, puede explicar una amplia gama de fenómenos, desde el comportamiento de la luz a las fuerzas que unen las moléculas entre sí. La QED podría decirse que ha sido probada con más precisión que cualquier otra teoría física, pero tiene un oscuro secreto. Ella quiere intercambiar no sólo a los fotones, sino también a otras dos entidades, alienígenas.

El primer tipo es una onda en la cual los campos eléctricos apuntan a lo largo de la dirección del movimiento, en lugar de en ángulo recto como lo hace con fotones ordinarios. Este modo longitudinal se mueve más bien como una onda de sonido en el aire. El segundo tipo, denominado un modo temporal, no tiene campo magnético. En cambio, es una onda de potencial eléctrico puro, o de tensión. Al igual que todas las entidades cuánticas, estas ondas vienen en paquetes de partículas, formando dos nuevos tipos de fotones.


Como nunca hemos visto en realidad ninguno de estos fotones alienígenas, los físicos descubrieron una manera de ocultarlos. Ellos existen ocultos usando una solución matemática llamada la condición de Lorenz, lo cual significa que todos sus atributos son siempre iguales y opuestos, cancelandose el uno al otro exactamente. "Ellos están ahí, pero no se les puede ver", dice Beltrán.


La teoría de Beltrán y Maroto se veía como el electromagnetismo, pero sin la condición de Lorenz. Así que trabajaron a través de sus ecuaciones para ver qué implicaciones cosmológicas podían tener.

Las ondas extrañas normalmente desechadas por la condición de Lorenz pueden aparecer como breves fluctuaciones cuánticas-ondas virtuales en el vacío - y luego desaparecer de nuevo. En los primeros momentos del universo, sin embargo, se cree que un episodio de expansión violenta llamada inflación, fue impulsado por una muy poderosa gravedad repulsiva. La fuerza de esta expansión tomó todo tipo de fluctuaciones cuánticas y las amplificó enormemente. Esto creo ondulaciones en la densidad de la materia que con el tiempo fueron semillas de las galaxias y otras estructuras en el universo.

Fundamentalmente, la inflación también podría haber impulsado las nuevas ondas electromagnéticas. Beltrán y Maroto encontraron que este proceso dejaría grandes modos temporales: ondas de potencial eléctrico, con longitudes de onda de varios órdenes de magnitud más grandes que el universo observable. Estas ondas contienen algo de energía, pero debido a que son tan grandes no las percibimos en forma de ondas en lo absoluto. Así que su energía sería invisible y oscura ... tal vez, la energía oscura?

Beltrán y Maroto llamaron a su idea magnetismo oscuro (ver aquí). A diferencia de la constante cosmológica, puede ser capaz de explicar la cantidad real de energía oscura en el universo. La energía en aquellos modos temporales dependía del tiempo exacto en el cual la inflación había comenzado. Un momento plausible es alrededor de 10 billonésimas de segundo después del Big Bang, cuando el universo se enfrió por debajo de una temperatura crítica y el electromagnetismo se separó de la fuerza nuclear débil para convertirse en una fuerza en sí misma. La física habría sufrido una repentina torcedura, lo suficiente tal vez para dar el impulso a la inflación.

Si la inflación ocurrió en esta "transición electrodébil", Beltrán y Maroto calculan que habría producido modos temporales con una densidad de energía cercanas a la de la energía oscura. La correspondencia es sólo dentro de un orden de magnitud, lo cual no puede parecer todo lo que se precisa. En comparación con la constante cosmológica, sin embargo, es ligeramente milagrosa.

La teoría también podría explicar la misteriosa existencia a gran escala cómica de campos magnéticos. Dentro de las galaxias vemos la marca inconfundible de los campos magnéticos cuando retuercen la polarización de la luz. Aunque la turbulenta formación y crecimiento de las galaxias podría impulsar un campo ya existente, ¿no es evidente de dónde ese campo semilla habría venido.

Más extraño aún, los campos magnéticos parecen haberse infiltrado en los más vacíos desiertos del cosmos. Su influencia se notó en el 2010 por Andrii Neronov y Vovk Ievgen del Observatorio de Ginebra (ver aquí) . Algunas galaxias distantes emiten ampollas de rayos gamma con energías en el rango de teraelectronvolt. Estos enormemente energéticos fotones deberían influenciar el fondo de la luz de la estrellas en su camino hacia nosotros, creando electrones y positrones que a su vez impulsarán a otros fotones gamma hasta energías de unos 100 gigaelectronvoltios. El problema es que los astrónomos ven relativamente poco de esta radiación secundaria. Neronov y Vovk sugieren que se debe a que un campo magnético esta aleatoriamente doblando la trayectoria de los electrones y positrones, por lo que su emisión es más difusa (ver aquí).

"Es difícil de explicar los campos magnéticos cósmicos en las escalas más grandes por los mecanismos convencionales", dice el astrofísico Larry Widrow la Universidad de Queen en Kingston, Ontario, Canadá. "Su existencia en los vacios podrían indicar un mecanismo exótico". Una sugerencia es que defectos gigantes en el espacio-tiempo llamadas cuerdas cósmicas los estarían estimulando.

Con el magnetismo oscuro, tal solución viscosa sería superflua. Además de los modos temporales gigantescos, el magnetismo oscuro también debería dar lugar a pequeñas ondas longitudinales rebotando en todo el cosmos. Estas ondas podrían generar magnetismo en las escalas más grandes de los vacíos.

Para empezar, Beltrán y Maroto tenían algunas dudas. "Siempre es peligroso modificar una teoría bien establecida", dice Beltrán. Sean Carroll, cosmólogo del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, se hace eco de esta preocupación. "Están haciendo una violencia extrema con el electromagnetismo. Hay todo tipo de peligros que las cosas pueden salir mal", dice. Esta intromisión podría fácilmente originar absurdos, prediciendo de que las fuerzas electromagnéticas son diferentes de lo que realmente vemos.

El dúo pronto se tranquilizó, sin embargo. Aunque la teoría significa que los modos temporales y longitudinales pueden manifestarse, lo único que puede generarlos es un campo gravitatorio ultra-fuerte, como el campo de repulsión que surgió en la época de la inflación. Así que dentro del átomo, en todos nuestros experimentos de laboratorio, y fuera de allí entre los planetas, el electromagnetismo se lleva a cabo en la misma forma como se predice en la QED.


Carroll no está convencido. "Me parece una posibilidad remota", dice. Sin embargo, otros están de acuerdo. Gonzalo Olmo, un cosmólogo de la Universidad de Valencia,en España, al principio estaba escéptico, pero ahora está entusiasmado. "La idea es fantástica. Si cuantizamos los campos electromagnéticos en un universo en expansión, el efecto sigue de forma natural."

Entonces, ¿cómo podríamos saber si la idea es la correcta? El magnetismo oscuro no es tan fácil de probar. Es casi invariable, y se extendería en el espacio casi exactamente de la misma manera que una constante cosmológica, por lo que no podemos decir las dos ideas separadas, simplemente observando cómo la aceleración cósmica ha cambiado con el tiempo.

En cambio, la teoría puede ser impugnada tras escudriñar el fondo cósmico de microondas, un mar de radiación emitida cuando el universo tenía menos de 400.000 años de edad. Impreso en esta radiación están las ondas originales de la densidad de la materia causada por la inflación, y puede llevar otra marca antigua. La agitación de la inflación debería haber activado las ondas gravitacionales, deformaciones viajeras del espacio-tiempo que estiran y contraen lo que atraviesan. Estas ondas deben afectar a la polarización del fondo cómico de microondas de una manera distintiva, lo que podría decirnos acerca de la sincronización y la violencia de la inflación. La Nave espacial de la Agencia Espacial Europea Planck podría detectar esta firma. Si Planck o una futura misión estima que la inflación ocurrió antes de la transición electrodébil, en una escala de energía más alta, entonces descartaría el magnetismo oscuro en su forma actual.

Olmo cree que la teoría de todos modos puede ser que necesite ajustar algunos parámetros numéricos, de modo que no podría ser fatal, a pesar de que sería un duro golpe el perder el vínculo entre la transición electrodébil y la cantidad correcta de energía oscura.

Un día, podríamos incluso ser capaces de ver la luz retorcida del magnetismo oscuro. En su encarnación actual con la inflación en la escala electrodébil, las ondas longitudinales todas tendrían longitudes de onda mayores que unos pocos cientos de millones de kilómetros, más largo que la distancia entre la Tierra y el sol. La detección de una onda de luz de manera eficiente requiere de un instrumento, no mucho más pequeño que la longitud de onda, pero en un futuro lejano podría ser posible captar las ondas de este tipo utilizando los radio telescopios espaciales vinculados a través del sistema solar. Si la inflación existió en una energía aún mayor, como se sugiere por Olmo, algunas de las ondas longitudinales podrían ser mucho más cortas. Eso las llevaría al alcance de la tenología basada en la Tierra. Beltrán sugiere que podrían ser detectadas con el Square Kilometre Array – un masivo instrumento de radio que entrará en funcionamiento en la próxima década.

Si estas ondas electromagnéticas oscuras pueden ser creadas por los fuertes campos gravitatorios, entonces también podrían ser producidas por los campos más fuertes en el cosmos de hoy, aquellos generados en torno a los agujeros negros. Beltrán indica que las ondas pueden ser emitidas por el agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Puede ser que sean lo suficientemente cortas como para que podamos captarlas - pero fácilmente podrían ser invisibles. Beltrán y Maroto están planeando hacer los cálculos para averiguarlo.

Una de las cosas que han calculado a partir de su teoría es el voltaje del universo. El voltage de las grandes ondas temporales de potencial eléctrico se iniciaron en cero cuando se crearon por primera vez en el momento de la inflación, y aumentaron de forma constante. Hoy en día, han llegado a unos muy animados 10²⁷ voltios, o mil millones de mil millones de gigavolts .


Muy bueno para nosotros que el no tiene en dónde descargar. A menos, claro está, que algún extraño capricho de la cosmología traiga un universo paralelo cercano. El encuentro probablemente destruiría el universo como lo conocemos, pero entonces al menos, nuestro oscuro y solitario futuro acabaría con la madre de todas las descargas.





fuente de la información:






http://www.newscientist.com/article/mg21428671.800-dark-matter-dark-energy-dark-magnetism.html