Extrañas señales del Universo primitivo apuntan a una nueva física

Los investigadores Pedro Schwaller y Wolfram Ratzinger analizaron los datos, y pronto empezaron a acariciar la idea de que su hallazgo apuntaba hacia una nueva física más allá del Modelo Estándar, la gran teoría que explica las diferentes clases de partículas fundamentales y las fuerzas de la Naturaleza que las gobiernan, pero que deja fuera importantes cuestiones sobre el origen del Universo y la existencia de la materia y la energía oscuras.

En un artículo publicado en ' SciPost Physics ', los investigadores explican que la señal detectada podría deberse a dos causas. Por un lado, es consistente con una transición de fase en el Universo primitivo. Y por otro, podría estar delatando la presencia de un campo de partículas extremadamente ligeras y similares a axiones, uno de los más firmes candidatos a ser los componentes básicos de la materia oscura.

Las ondas gravitacionales han abierto una ventana totalmente nueva a través de la que observar el universo temprano. El fondo de microondas, en efecto, que es el calor residual del Big Bang y en el que se basan los estudios cosmológicos más punteros, no arroja pista alguna sobre los primeros 300.000 años de existencia del Universo . «Y es exactamente ese universo muy temprano el que resulta más emocionante para los físicos de partículas -asegura Schwaller-. Porque ese es el periodo en que las partículas elementales como quarks y gluones estuvieron presentes, para combinarse más tarde y formar protones y neutrones, los bloques de construcción de los núcleos atómicos».

La característica especial de las ondas gravitacionales detectadas por NANOGrav es que tienen una frecuencia extraordinariamente baja, de 10-8 hertzios, lo que equivale aproximadamente a una única oscilación por año. Debido a que su longitud de onda es correspondientemente grande (a menor frecuencia, mayor longitud de onda) cualquier detector capaz de captarlas también debería de ser igualmente enorme. Algo imposible de construir en la Tierra . Por eso, los astrónomos de NANOGrav utilizan púlsares distantes y sus señales luminosas como si fueran detectores gigantescos.

«Aunque hasta ahora los datos solo nos brindan un primer indicio de la existencia de ondas gravitacionales de baja frecuencia -explica por su parte Ratzinger-, para nosotros resulta muy emocionante trabajar con ellos. Esto se debe a que tales ondas podrían ser producidas por varios procesos que ocurrieron en el universo temprano. Ahora podemos usar los datos que ya tenemos para decidir cuáles de estos procesos debemos considerar y cuáles no».

Para conseguirlo, los investigadores decidieron estudiar a fondo los distintos escenarios capaces de producir las ondas gravitacionales observadas: transiciones de fase en el universo temprano y un campo de materia oscura de partículas similares a axiones extremadamente ligeros. Las transiciones de fase ocurren debido a la caída de la temperatura en la sopa primordial después del Big Bang y dan como resultado turbulencias masivas. Sin embargo, ni esas transiciones ni la materia oscura están cubiertas por el Modelo Estándar.

Basándose en los datos disponibles,Schwaller y Ratzinger interpretan los resultados de su análisis con relativa cautela: «Quizás sea un poco más probable el escenario de transición de fase temprana», escriben en su artículo. Por otro lado, los dos físicos creen que el hecho de haber sido capaces de desarrollar ciertas posibilidades basándose únicamente en datos limitados demuestra el potencial de su enfoque. «Nuestro trabajo es un primer pero importante desarrollo: nos da mucha confianza en que con datos más precisos podremos sacar conclusiones fiables sobre el mensaje que las ondas gravitacionales nos envían desde el universo primitivo».

«Y lo que es más -concluye Schwaller-, ya podemos empezar a precisar ciertas características de esos escenarios y ponerles limitaciones, en nuestro caso la fuerza de la transición de fase y la masa de los axiones».