“Polarización” es hoy una palabra mágica. Y no digamos si se asocia con la radiación del Fondo Cósmico de Microondas, la que aún nos llega procedente del Big Bang. Para entender por qué, primero hay que imaginarse el denso y caliente plasma primordial que componía el Universo recién nacido, un mar de partículas con carga -protones y electrones- y partículas de luz o fotones. Éstos, por culpa de los electrones libres, no llegaban muy lejos, se dispersaban, y eso hacía que el Universo no fuera transparente a la luz. Sólo fueron “liberados” y empezaron a viajar por el Universo unos 300.000 años después, cuando protones y electrones formaron los primeros elementos químicos. Esa radiación, aunque se ha enfriado por el camino, proporciona la única información que tenemos del universo de entonces. Pero mientras esos fotones interaccionaban con los electrones, éstos vibraban y emitían nuevas ondas electromagnéticas. Y esta radiación, a diferencia de la luz que proviene de las estrellas, sin una orientación preferente, sí está polarizada, indicando la existencia de un mecanismo que altera su naturaleza. En 2002, un instrumento instalado en el Polo Sur –DASI-, descubrió que la radiación del Fondo Cósmico de Microondas está polarizada. Ahora, los nuevos instrumentos como el futuro satélite Planck intentarán medir de forma más precisa esa polarización y, gracias a ella, quizá detectar ondas gravitatorias. Físicos como Wayne Hu saben cómo predecir lo que puede resultar de tales observaciones. De ahí que este físico, de la Universidad de Chicago (EEUU), esté presente en la XIX Escuela de Invierno de Astrofísica de Canarias (IAC), en Tenerife, enseñando cómo hacer modelos y estadísticas en Cosmología.

La presencia de físicos teóricos en una Escuela de Invierno de Astrofísica prueba que hoy existe un maridaje impensable hace unos años. Y Wayne Hu se alegra: “Es muy destacable –subraya- cómo astrofísicos y físicos de partículas trabajan unidos para explicar algunas de las cuestiones fundamentales de la Cosmología: ¿qué está provocando la aceleración de la expansión?, ¿cuál es la naturaleza de la materia oscura?, ¿cómo se originó la estructura del Universo? Estas cuestiones han sido como lazos que nos han tenido atados durante la última década y, desde mi punto de vista, creo que esta colaboración es muy positiva”.

TRAS LOS 10-33 SEGUNDOS

A Wayne Hu le preocupa lo que sucedió tras los 10-33 segundos después de la Inflación, la explosión de la Gran Explosión. “Nuestro conocimiento detallado del Universo –explica- comienza alrededor de un minuto después del Big Bang, cuando se sintetizaron los elementos ligeros. Tenemos un modelo estándar de Cosmología cada vez más demostrado que toma las fluctuaciones cuánticas de la Inflación y las convierte en las grandes estructuras que vemos en el cielo. Una prueba crucial para el modelo es la predicción de las fluctuaciones de la radiación del Fondo Cósmico de Microondas, el tema de la Escuela. Estas fluctuaciones se originaron cuando el Universo tenía unos cuantos cientos de miles de años de antigüedad.”

Según Hu, en la Física del Cosmos “no hay mucho que se ignore de forma global”. Y él personalmente tiende a “no trabajar en aquellas cosas que no podemos observar”.

¿Pero cómo hace Wayne Hu sus predicciones estadísticas en un campo cosmológico como el que se aborda en la Escuela de Invierno del IAC? Y, sobre todo, ¿con qué precisión? “Predecir estas fluctuaciones en los mapas –comenta- implica un poco de gravedad, un poco de procesos de radiación ¡y un ordenador rápido!”. Y añade: “La precisión numérica actual de los códigos es de en torno a un 0,1%; y la exactitud actual del modelo que subyace a los códigos es de alrededor de un 1%.”

LAS ONDAS DE LA INFLACIÓN

Sabemos que a luz se polariza cuando se refleja de ciertas superficies o cuando es dispersada por un medio. Es decir, que cuando la luz se proyecta contra una superficie y su dispersión forma un ángulo casi recto con respecto a la dirección del haz original, sus ondas se orientan en una dirección particular. En este fenómeno se basan las gafas de sol polarizadas, con lentes que filtran la luz y mejoran el contraste y la visión en situaciones especiales (deportes acuáticos, esquí, pesca, caza) donde la luz solar se refleja en el suelo o el agua. También la radiación del Fondo Cósmico de Microondas se halla polarizada, como demostró en 2002 el instrumento DASI (Degree Angular Scale Interferometer), una especie de radiotelescopio instalado en el Polo Sur.

“La polarización –afirma Wayne Hu- es una nueva ventana que se abre y que nos puede permitir ver el mecanismo de la Inflación en funcionamiento”. Y es que midiendo la polarización, los astrónomos pueden saber cómo se movía la materia entonces. Pero, “más exactamente –como apunta Hu-, en este campo se espera detectar ondas gravitatorias de la Inflación”.

Dado que el plasma primordial era opaco con respecto a la radiación electromagnética por la dispersión de los fotones, no se puede observar ninguna señal electromagnética anterior a la radiación del Fondo Cósmico de Microondas. En cambio, las ondas gravitatorias que debieron producirse en la Inflación sí podían propagarse por el plasma.

Una onda gravitatoria es una ondulación del espacio tiempo producida por un cuerpo en aceleración, como la que se produjo después del Big Bang, y su existencia fue una predicción de Albert Einstein. Según su teoría de la Relatividad General, la energía liberada por una perturbación cósmica viaja alejándose de ella a la velocidad de la luz en forma de ondas gravitatorias, y éstas distorsionan la región del Universo que atraviesen en su camino.

La rápida expansión del Universo justo después del Big Bang hubo de producir ondas gravitatorias que estiraron y comprimieron el plasma primordial, efectos que provocaron el desplazamiento al rojo y al azul de la temperatura de la radiación y que polarizaron la radiación del Fondo Cósmico de Microondas.

Si realmente existieran estas ondas, como apuntan físicos teóricos como Hu, serían los fósiles más antiguos del Universo, porque se habrían creado antes incluso de que se emitiese la radiación cósmica. Estas ondas se propagarían permanentemente hasta la actualidad y habrían dejado su huella en esa radiación puesto que generan dilataciones y contracciones oscilatorias en el espacio que atraviesan.

Pero las posibilidades de la polarización no acaban ahí. “La polarización también –añade Hu- es útil para estudiar la reionización del Universo por las primeras estrellas y la distribución de la masa del Universo a través del efecto de lente gravitatoria.”

UN TELESCOPIO EN EL POLO SUR

En la base Amundsen-Scott de la Antártida, donde vive un grupo de unas 30 personas, las temperaturas pueden llegar a los 90º bajo cero y en el invierno queda completamente aislada. Allí, como el DASI, se ha instalado recientemente un gran radiotelescopio -el South Pole Telescope (SPT)-, tras ser construido y ensamblado primero en Estados Unidos y después desmontado en partes para su trasladado en barco y en avión hasta la base polar, no sin dificultades logísticas. Wayne Hu forma parte del equipo de investigación, junto con otros miembros de nueve instituciones estadounidenses.

Este radiotelescopio, de 10 m de diámetro y 22,5 m de altura, está buscando respuestas a grandes cuestiones sobre el Universo como un todo: su edad, de que está hecho y cómo evoluciona. La atmósfera fría y seca del Polo Sur, a 3.000 metros de altura y sin vapor de agua que interfiera, permitirá a este instrumento detectar variaciones en la radiación del Fondo Cósmico de Microondas. Unas alteraciones que corresponderán a las producidas en la distribución de masa del plasma primordial y que después evolucionaron hasta convertirse en las macroestructuras del Universo: las galaxias y los cúmulos de galaxias que hoy existen. “El Telescopio del Polo Sur –explica Hu- está llevando a cabo un cartografiado muy amplio (4.000 grados cuadrados) con el fin de encontrar cúmulos de galaxias distantes en el Universo. Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes y los más raros que han colapsado en el Universo. Como tales, su abundancia es una prueba exquisitamente sensible de la formación de la estructura y de la historia de la expansión durante la época de la aceleración.” Gracias a esa capacidad del SPT de escanear grandes regiones del cielo de forma rápida, científicos como Hu esperan que se detecten miles e incluso cientos de miles de cúmulos de galaxias dentro de pocos años.

A lo largo de las dos semanas de la Escuela de Invierno, los medios de comunicación tendrán a su disposición toda la información relacionada con la misma (Entrevistas, Fotos y Vídeos), en la página web de Sala de prensa/Press Room de esta Escuela:  http://www.iac.es/winschool2007/pages/press-room.php

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