Inflación Cósmica: ¿Ventaja o Desventaja?

^{Crédito: Zosia Rostomian}

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation} 

La inflación cósmica es una teoría que rige la dinámica del universo primitivo, momentos después del gran evento cósmico llamado Big Bang. El físico del MIT Alan Guth, fue el primero en proponer la teoría inflacionaria a principios de la década de 1980, aunque más tarde fue adelantada por otros físicos influyentes como Andrei Linde y Paul Steinhardt [1-3]. La teoría trata principalmente de la expansión exponencial del espacio y, posteriormente, de la formación de estructuras a gran escala en el universo durante sus etapas evolutivas. La teoría también sugiere que la época de la inflación duró desde 10^-36 segundos hasta algún momento entre 10^-33 y 10^-32 segundos después del Big Bang. Sin embargo, para poder articular de forma admirable los acontecimientos posteriores al Big Bang, es necesario disponer de una teoría cuántica de la gravedad completa, lo que constituye todavía un reto importante para los físicos.

Hasta ahora, la teoría inflacionaria ha sido empleada para acometer múltiples retos en la cosmología moderna. Algunos de ellos son el problema del horizonte, el problema de la planitud, la uniformidad de la radiación cósmica de fondo de microondas, la existencia de monopolos magnéticos, etc. Por cierto, fue al explorar el problema de los monopolos magnéticos cuando Alan Guth llegó a la teoría de la inflación cósmica.

Ahora bien, es bastante habitual en la física que las partículas físicas y su dinámica tengan lugar en un campo, por lo que tiene sentido proponer también un campo y sus cuantos asociados en relación con la inflación. Esto se ha denominado Inflatón, aunque todavía no disponemos de ninguna prueba observacional asociada a este. No obstante, la inflación se ha convertido en uno de los principios más importantes de la cosmología teórica actual.  

Por el contrario, también hay ámbitos en los que esta teoría no ofrece resultados satisfactorios. Una de las principales razones por las que se critica el paradigma es la falta de respaldo empírico. Entre los críticos más destacados de la inflación cósmica se encuentran Paul Steinhardt y el físico ganador del premio Nobel Roger Penrose. Por ejemplo, Penrose hizo un comentario muy crítico sobre la inflación en una conferencia en 2015 que dice: "La inflación no es falsificable, está falsificada... el BICEP ha hecho un magnífico servicio sacando a todos los inflacionistas de su caparazón y poniéndoles un ojo morado". Además de las opiniones de los expertos, también existen en la literatura científica teorías alternativas a la inflación que están en fase de desarrollo. Algunas de ellas son los modelos de gran rebote, los modelos ecpiróticos y cíclicos, la cosmología de cuerdas gaseosas, por nombrar sólo algunas.   

^{Figura 1. Tensión del fondo estocástico CGB de los GW de alta frecuencia, junto a las sensibilidades de varios conceptos de detectores discutidos en el texto principal. La línea roja ("EMC") se refiere a la conversión magnética mejorada, y la extensión más transparente se refiere a las posibles mejoras tecnológicas futuras discutidas en el texto principal. Figura y descripción: Vagnozzi and Loeb} 

En vista del lado crítico de la teoría inflacionaria, dos físicos han propuesto recientemente un efecto que, según ellos, podría llevar a abolir por completo el paradigma inflacionario si se confirma observacionalmente. Sunny Vagnozzi, de la Universidad de Cambridge, y Avi Loeb, astrofísico senior de Harvard, han teorizado el fondo cósmico de gravitones (CGB) descrito como un fondo relicto de radiación gravitacional térmica con una temperatura ligeramente inferior a un grado por encima del cero absoluto [4]. Por analogía, se podría comparar con el fondo cósmico de microondas (CMB). El objetivo principal de la exploración de Vagnozzi y Loeb era poner a prueba la inflación de una manera "independiente del modelo", lo que en última instancia significaría si la inflación es realmente correcta o sólo funciona en escenarios cosmológicos específicos. 

Sin embargo, el modelo convencional del Big Bang tiene algo más que ver con el nuevo trabajo, ya que sugiere que, aunque la señal del CGB existiera, se habría desvanecido mucho antes debido a la expansión exponencial impulsada por la época inflacionaria. Además, sólo podría haber una cantidad minúscula de señal CGB en el universo, que tristemente es quizás indetectable. 

En conclusión, en este momento sólo podemos esperar que mejores sondas empíricas revelen datos cruciales y relevantes sobre el CGB, pero esto podría llevarnos francamente décadas desde el punto de vista científico y tecnológico. Sin embargo, Vagnozzi y Loeb tienen grandes esperanzas y ciertamente creen que el CGB podría ser detectado con la ayuda de sondas futuristas. Hasta entonces, los físicos podrían pasar un buen rato investigando las estimulantes propiedades asociadas a este fenómeno físico recién teorizado.

Referencias: 

[1] Alan H. Guth, “Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems”, Phys. Rev. D (1981). DOI:10.1103/PhysRevD.23.347 

[2] Andrei Linde, “A new inflationary universe scenario: a possible solution of the horizon, flatness, homogeneity, isotropy and primordial monopole problems”, Physics Letters B (1982). DOI: 10.1016/0370-2693(82)91219-9 

[3] Daile La, Paul J. Steinhardt, “Extended Inflationary Cosmology”, Physical Review Letters (1989). DOI: 10.1103/PhysRevLett.62.376 

[4] Sunny Vagnozzi and Abraham Loeb, “The Challenge of Ruling Out Inflation via the Primordial Graviton Background”, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac9b0e