Ones gravitatòries

Aquesta setmana un dels experiments que estudia la radiació de fons de microones hi ha trobat evidències d'ones gravitatòries en les seves dades. Això ens permeten conèixer millor com era l'Univers molt poc després de la seva formació. Per una explicació més tècnica podeu visitar el Blog de Sean Carroll on trobareu dues entrades amb les dades i una explicació més extensa.

Però anem a pams, la radiació de fons de microones (CMBR) és la radiació electromagnètica més llunyana que podem veure, o el que és el mateix, la imatge més antiga que podem "veure" de l'Univers.

Aclarim un parell de termes: La radiació electromagnètica inclou a la llum visible, les microones, les ones de ràdio, els raigs X, els ultravioletes,... Amb la radiació passa una mica com amb el so: hi ha sons més aguts - alta freqüència - i més greus, - baixa freqüència - alguns que podem escoltar i altres no, com els ultrasons, però podem dissenyar aparells per detectar-los. La radiació electromagnètica també té freqüències altes i freqüències baixes, hi ha algunes que podem percebre, la llum visible, i altres que tenim aparells que ens permeten detectar-la i estudiar-la.

La radiació a l'espai viatja molt ràpid, triga una mica més d'un segon en recórrer la distància que separa la Lluna de la Terra, distància equivalent a fer unes 9 voltes a la Terra. Però tot i viatjar molt ràpid, es pren el seu temps en anar d'un lloc a un altre, de fet veiem com era la Lluna fa prop d'un segon, el Sol com era fa uns 8 minuts, ... i així, contra més lluny està el que observem, més temps fa que la radiació ha sortit de l'objecte. De fet hi ha un capítol de Futurama que es basa en aquest retard. Per tant si busquem alguna cosa al cel que estigui prou lluny, podríem veure com era aquell objecte l'any que vam néixer, o quan encara hi havia dinosaures a la Terra, o  quan es va crear l'Univers.

El problema és que no podem veure l'origen de l'Univers, i no el podem veure per motius similars als que no ens permeten observar l'interior del Sol: al principi l'Univers era massa dens i la llum no podia viatjar molt lluny. Això fa que no poguem detectar cap tipus de radiació electromagnètica emesa els primers 380000 anys d'història de l'Univers. Encara diria més, que dirien els Dupond, l'objecte més llunyà que podem veure va emetre la seva radiació quan l'Univers tenia només 380000 anys, i ha estat viatjant prop de 13500 milions d'anys abans d'arribar a nosaltres. En aquest camí, i degut a l'expansió de l'Univers, la radiació s'ha vist modificada, i ens arriba en forma de microones, per tant no és visible i necessitem aparells especials per detectar-los. A aquesta radiació se la coneix com a Radiació de Fons de Microones o CMBR, per les seves sigles en anglès. Aquesta radiació era una conseqüència del model del Big Bang, i primer es va predir, i cap als anys 1960 es va detectar per casualitat. Des de llavors s'ha estudiat de forma intensiva, aprofitant els avenços per estudiar millor els detalls. Quin aspecte tenia l'Univers llavors un cop tractada la imatge i seleccionats uns colors que ens permetin distingir el que volem?

Els puntets vermells i blaus indiquen zones més calentes o més fredes de l'Univers en aquell instant, i recorda força a la superfície del Sol

Doncs bé, tot i que no podem veure més enllà, el que veiem està influït pel que havia passat abans, i estudiant com és la radiació que ens arriba, la distribució de les zones calentes i fredes, podem saber coses de com es va originar l'Univers, per això l'interès en estudiar-la.

Una de les conclusions a les que es va arribar és que era massa homogènia, l'Univers que descriu aquesta radiació és un Univers pràcticament igual a tots arreu, era massa uniforme. Per tant, feia falta alguna cosa que el fes uniforme. Cap als anys 1970 es va proposar un mecanisme que permitia que l'Univers inicialment no fos uniforme, però en poc temps passés a ser-ho: la inflació. Els models inflacionaris el que diuen és que molt poc temps després de l'inici de l'Univers i de forma molt ràpida, l'Univers es va expandir moltíssim. Quina és la idea? Si ens imagines les parts no uniformes com arrugues en un llençol, aquestes es fan menys pronunciades si estirem el llençol. El mateix efecte va tenir la inflació, si hi havia alguna part no uniforma, la va estirar tant que va passar a ser casi uniforme. Però sabem que havien de quedar petites inhomogeneïtats, ja que si no no hi hauria galàxies, estrelles, planetes, ... Tot això va deixar marques a la CMBR, va determinar com es va fer aquest "aplanament".

Una de les coses que va fer la Albert Einstein quan va introduir la Relativitat General va ser canviar la forma de pensar sobre la gravetat, podem interpretar la gravetat com el paisatge per sobre el que es mouen els objectes. De fet, per fer-nos una imatge mental simplificada del que passa, ens podem imaginar l'Univers com un llençol molt flexible. La gravetat seria la forma que adopta el llençol. En una imatge ja clàssica, l'efecte que per exemple tenen les estrelles sobre els planetes, seria la mateixa que tindria una bola molt pesada deixada al centre del llençol sobre boles més petites que llencéssim rodolant pel llençol. I finalment arribem a les ones gravitatòries, que ens les podem imaginar de forma simplificada com ones a sobre d'aquesta superfície. I igual que les onades afectarien a allò que es trobi al seu pas. Que les ones gravitatòries existeixen ja es sabia, de fet es va donar un premi Nobel el 1993 per trobar indicis indirectes de la seva existència, encara no s'han fet mesures directes però hi ha projectes per fer-ho.

I finalment tornem al principi:

Aquesta setmana un dels experiments que estudia la radiació de fons de microones hi ha trobat evidències d'ones gravitatòries en les seves dades. Això ens permeten conèixer millor com era l'Univers molt poc després de la seva formació

És a dir, l'experiment BICEP2 ha trobat les marques de les ones gravitatòries generades a l'inici de l'Univers en la radiació més llunyana que podem captar, i amb això podem conèixer millor un període que no podem veure directament.