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Estos extraños bultos de 'inflatons' podrían ser las primeras estructuras en el universo

Aquí se muestra uno de los grupos densos de inflatons que surgieron durante la fase de inflación del Big Bang, en el universo infantil. Crédito de la imagen: Jens Niemeyer / Universidad de Göttingen

Una simulación de ultra alta resolución de una pequeña porción del universo, un millón de veces más pequeña que un protón, ha revelado las primeras estructuras que existieron. Y estas estructuras densas son extrañas.

La primera billonésima de segundo después de Big Bang , el universo era un lugar caluroso y espeso, un lugar calentado a más de un billón de grados. Aunque los científicos no pueden observar directamente este momento en el tiempo, pueden reconstruirlo usando simulaciones por computadora de alta potencia.

Las nuevas simulaciones, más detalladas que nunca, mostraron cómo en estos primeros casos la gravedad hizo que las partículas cuánticas conocidas como inflatons se amontonaran. Los resultados mostraron por primera vez cómo estos bultos formaron estructuras complejas y densas que pesaban entre unas pocasgramos a 20 kilogramos, aproximadamente más pesados ​​que un sello postal pero más livianos que un bulldog, empaquetados en un espacio más pequeño que una partícula elemental.

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Las simulaciones son las primeras que muestran suficientes detalles para que los científicos puedan descifrar el rango de tamaños y formas de estas estructuras infantiles. Además, los resultados coincidieron elegantemente con un modelo teórico simple que tiene casi 40 años, dijo el coautor del estudio Richard Easther., profesor de física en la Universidad de Auckland.

"Estamos descubriendo esta fase increíblemente compleja en el universo muy temprano, que apenas está comenzando a entenderse correctamente".

Las simulaciones modelaron un tiempo al final de la inflación, un período en el que el universo aumentó enormemente de tamaño. En ese momento, el universo contenía solo energía e inflatons, un tipo de materia cuántica que se formó a partir del campo de energía que llenaba tododel espacio después del Big Bang.

Una nueva simulación muestra el crecimiento de estructuras diminutas y extremadamente densas muy poco después de la fase de inflación del universo muy temprano. Entre los estados inicial y final arriba a la izquierda y derecha respectivamente, el área que se muestra se ha expandido a 10 millones de veces suvolumen inicial, pero aún es muchas veces más pequeño que el interior de un protón. El grupo agrandado en la parte inferior izquierda tendría una masa de aproximadamente 44 libras 20 kilogramos. Crédito de la imagen: Jens Niemeyer / Universidad de Göttingen

Los físicos creen que las estructuras de inflatón que se ven en las simulaciones son el resultado de fluctuaciones en ese campo de energía inmediatamente después del Big Bang. Este mismo campo probablemente creó las estructuras galácticas a gran escala que se ven en el universo hoy en día y que tienen miles de millones de años luz de diámetro.

Las densas estructuras llenas de inflatón que se ven en las simulaciones probablemente no duraron mucho, ya que probablemente se convirtieron en partículas elementales en fracciones de segundo. Pero con sus altas densidades, alcanzando hasta 100.000 veces más denso el espacio circundante, sumovimientos e interacciones pueden haber generado ondas en el tejido de espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. Las nuevas simulaciones ayudarán a los científicos a calcular exactamente qué tan grandes pueden haber sido esas ondas gravitacionales, lo que ayudará a futuros experimentos a buscar ondas similares en el universo.

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Los pequeños bultos también podrían haber colapsado por su propio peso, creando los primeros agujeros negros del universo, llamados agujeros negros primordiales. Algunos científicos piensan que estos agujeros negros podrían ser candidatos materia oscura - la sustancia misteriosa que nadie ha visto directamente pero que constituye el 85% de la materia del universo en la actualidad. Los físicos no vieron ningún agujero negro en sus simulaciones, pero planean ejecutar simulaciones más largas y detalladas en el futuro.que podría mostrar tales objetos.

"Los agujeros negros primordiales son una posibilidad intrigante en este punto; pueden conducir a un nuevo comportamiento, pero también proporcionarían nuevos controles para probar el modelo", escribió Easther en un correo electrónico a Rhythm89. Dado que algunos agujeros negros primordiales deberían persistir en eluniverso actual, encontrar uno podría ayudar a verificar los modelos científicos de estos primeros momentos en la infancia del universo.

Easther y sus colegas publicaron un artículo que describe las simulaciones el 22 de marzo en la revista Revisión física D .

Publicado originalmente el Ritmo89 .