Hallan, sin proponérselo, una forma de observar el origen del tiempo

Dos físicos del plasma, expertos en fusión nuclear, descubren una técnica para observar el el instante mismo de la creación usando ondas gravitacionales

Simulación de la colisión de dos estrellas de neutrones, que se fusionan par formar un agujero negro. Sus discos de acreción interactúan y producen ondas electromagnéticas L. Rezolla (AEI) & M. Koppitz (AEI & Zuse-Institut Berlin)

José Manuel Nieves

Madrid

14/02/2023
Actualizado a las 09:24h.

Observar el principio mismo del tiempo no es una tarea sencilla. Desde hace décadas, físicos y cosmólogos tratan de aproximarse cada vez más a ese mágico 'instante cero' en el que, hace 13.760 millones de años, surgió el Universo, con todo el espacio, el ... tiempo, la energía y la materia que contiene. Los cálculos teóricos más avanzados han conseguido llegar muy cerca de ese lejano primer instante. Pero las observaciones con los instrumentos más sofisticados se quedan mucho más lejos.

Las ecuaciones de los teóricos, en efecto, nos permiten saber qué es lo que sucedió tras apenas 10 elevado a la -35 después del instante de la creación (el llamado 'tiempo de Planck), es decir, la diez septillonésima parte del primer segundo tras el momento cero.

Pero los telescopios sólo pueden 'ver' la partir del momento en que la ardiente 'sopa' de partículas que surgió tras el Big Bang se hizo transparente a la radiación, permitiendo que la luz empezara a viajar libremente por el espacio. Algo que no sucedió hasta unos 380.000 años después del Big Bang.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton ha descubierto el modo de utilizar ondas gravitacionales para ir más allá, y observar con ellas el momento mismo en el que todo comenzó. En un estudio publicado en 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics', los investigadores aseguran, en efecto, que podrían lograr su objetivo aprendiendo cómo las ondas gravitacionales, ondulaciones en el tejido mismo del espacio-tiempo, fluyen a través de los planetas y las densas nubes de gas entre galaxias.

«No podemos ver el Universo primitivo directamente -afirma Deepen Garg, primer firmante del artículo-, pero tal vez podamos verlo indirectamente si observamos cómo las ondas gravitacionales de esa época afectaron la materia y la radiación que podemos observar hoy». Para conseguirlo, Garg y su colega Ilya Dodin adaptaron sus trabajos previos sobre Física del Plasma (ambos científicos son expertos en fusión nuclear) para calcular cómo se mueven exactamente las ondas electromagnéticas a través del plasma, la sopa de electrones y núcleos atómicos que alimenta los actuales reactores experimentales de fusión. Los científicos hallaron que ese movimiento es muy similar al de las ondas gravitacionales al pasar a través de la materia. «Básicamente -explica Garg- pusimos a trabajar la maquinaria de ondas de plasma en un problema de ondas gravitacionales».

Predichas por primera vez por Albert Einstein en 1916 como consecuencia de su teoría de la relatividad, las ondas gravitacionales son perturbaciones en el espacio-tiempo provocadas por el movimiento de objetos muy masivos. Viajan a la velocidad de la luz y fueron detectadas por primera vez en 2015 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) gracias a sus dos detectores de Washington y Luisiana.

Información oculta

En su trabajo, Garg y Dodin desarrollaron fórmulas que, por lo menos en teoría, podrían conseguir que las ondas gravitacionales revelaran propiedades ocultas sobre distintos tipos de cuerpos y fenómenos celestes. A medida que las ondas fluyen a través de la materia, crean luz, y las características de esa luz dependen de la densidad de la materia.

Gracias a ello un físico podría, por ejemplo, analizar esa luz y descubrir propiedades de una estrella a millones de años luz de distancia. La técnica podría también llevar a nuevos descubrimientos sobre estrellas de neutrones y agujeros negros (cuyas colisiones producen poderosas ondas gravitacionales) e, incluso, sería capaz de revelar información 'de primera mano' sobre lo que estaba pasando durante el Big Bang y los primeros instantes de existencia del Universo.

Al empezar su investigación, los científicos no se dieron cuenta del alcance que podía llegar a tener. «Pensé que sería un proyecto pequeño, de seis meses, para un estudiante de posgrado que implicaría resolver algo simple -confiesa Dodin-. Pero una vez que comenzamos a profundizar en el tema, nos dimos cuenta de que se entendía muy poco sobre el problema, y que podíamos hacer un trabajo teórico muy básico aquí».

Ahora, Garg y Dodin planean profundizar en su técnica y utilizarla para el análisis de datos en un futuro cercano. «Tenemos algunas fórmulas ahora -concluye Garg- , pero obtener resultados significativos requerirá más trabajo».