Explorar la inflación cósmica en el universo primitivo
En las primeras fracciones de segundo tras el «big bang», el universo se expandió a una velocidad alucinante. Los científicos usan una teoría conocida como inflación cósmica para explicar esta rápida expansión. La inflación fue impulsada por el llamado «campo de inflación», que con el tiempo se relajó hacia un estado de menor energía. La energía que contenía se convirtió en partículas, luz y materia, lo cual dio lugar, a lo largo de miles de millones de años, a todas las galaxias, estrellas y fenómenos cósmicos que podemos ver hoy en día. Los modelos de inflación en física de partículas implican varios campos de inflación. Sébastien Renaux-Petel (sitio web en francés), investigador del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) en el Institut d’Astrophysique de Paris, estudió anteriormente la geometría de estos campos y cómo afectaba a la estabilidad de la inflación cósmica. Renaux-Petel y sus homólogos determinaron que existía una desestabilización geométrica de la inflación, que podía afectar a todos los modelos. En el proyecto GEODESI, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, Renaux-Petel y su equipo prosiguieron sus trabajos, sondeando estos procesos geométricos fundamentales en la génesis de nuestro universo conocido. «La inestabilidad no acaba con la inflación», afirma Renaux-Petel. «La inflación continúa, pero de una forma inusual que llamamos https://arxiv.org/abs/1804.11279 (fase de inflación desviada)».
Inflación cósmica desviada
El equipo investigó dicha fase de la inflación durante la primera parte del proyecto y encontró nuevos mecanismos para generar la inflación cosmológica. Al expandirse el universo, se producían fluctuaciones de densidad y energía que enviaban ondas al espacio y alteraban la forma de la materia. Los modelos simples de la inflación cósmica sugieren que estas ondulaciones tienen una distribución gaussiana y se extienden uniformemente. En cambio, el trabajo del equipo demostró que la inflación lateral genera una desviación sustancial de la estadística gaussiana, y de un nuevo tipo, y ampliaron de forma más general nuestro conocimiento de estas no gaussianidades primordiales. «Inspirándonos en ello, encontramos un nuevo mecanismo para generar agujeros negros primordiales», señala Renaux-Petel.
La época oscura de la inflación
Ello llevó al equipo a identificar nuevas señales de ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio-tiempo que transportan información sobre el universo primitivo. Se dieron cuenta de que estaban abriendo un nuevo campo dentro de la cosmología, y pudieron sondear las «edades oscuras de la inflación», normalmente inaccesibles. El trabajo llamó la atención y el equipo se implicó en la misión LISA de la Agencia Espacial Europea, cuyo lanzamiento está previsto para 2035 y que llevará por primera vez al espacio un detector de ondas gravitacionales. Además, los investigadores desarrollaron medios para sondear las épocas oscuras de la inflación con simulaciones numéricas. Con esta herramienta, identificaron un nuevo fenómeno conocido como «efecto mariposa inflacionario», en un artículo publicado en la prestigiosa revista «Physical Review Letters». «Este trabajo supone una especie de avance en el uso de simulaciones para estudiar la inflación», añade.
El flujo cosmológico
Otro avance importante del proyecto fue el desarrollo de un marco computacional que determina sistemáticamente las propiedades estadísticas de las ondulaciones generadas en las teorías del universo primitivo. El código, conocido como CosmoFlow, permitió a los investigadores hacer predicciones en teorías que estaban fuera del alcance de otros medios. El equipo fue galardonado con el Premio Buchalter de Cosmología 2023 por su trabajo, también publicado en la revista «Physical Review Letters». El código CosmoFlow está abierto para impulsar nuevas investigaciones. «Estamos promoviendo su uso, con el objetivo de que se convierta en una herramienta generalizada para la comunidad cosmológica», señala Renaux-Petel, que también recibió la medalla de bronce 2024 del CNRS por el trabajo realizado en el proyecto.
Palabras clave
GEODESI, cósmico, inflación, universo, agujeros negros, cosmológico, comunidad