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Al igual que la antigua cuestión de qué hay más allá del cosmos observable, la investigación de lo que existía antes del BigBang (el momento que marcó el nacimiento del espacio, el tiempo y la materia hace 13.800 millones de años) sigue siendo uno de los misterios más profundos de la física moderna. En una conferencia de 2017, el renombrado físico teórico DavidTong enfatizó que el término "BigBang" es un nombre inapropiado, porque transmite la imagen de una simple explosión cuando, en realidad, no tenemos conocimiento empírico de lo que precedió a la singularidad.
En el centro de este rompecabezas está la singularidad misma:un punto donde toda la masa y energía del universo se comprimirían en un volumen infinitesimal, lo que daría como resultado una densidad infinita y una extensión espacial cero. Si bien la singularidad es también un sello distintivo del interior de los agujeros negros, aún se desconocen las condiciones exactas que dieron lugar a la expansión del universo.
Durante las últimas décadas, un puñado de hipótesis han tratado de llenar este vacío. En 2008, el análisis del fondo cósmico de microondas (CMB), el débil resplandor del BigBang, sugirió que las fluctuaciones de temperatura primordiales podrían indicar una "burbuja" originada en un universo preexistente. Un artículo de 2018 en Physical Review Letters de LathamBoyle, KieranFinn y NeilTurok avanzaron la idea de un universo reflejado y contrario que existía antes del BigBang. Trabajos más recientes incluso han postulado un intervalo fugaz entre la singularidad y el BigBang, durante el cual el universo experimentó un estallido de rápida expansión que podría generar la materia oscura que observamos hoy.
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Aunque todavía no podemos precisar el estado del cosmos en el instante de su nacimiento, la cosmología proporciona una imagen notablemente precisa de los primeros momentos del universo. Al medir la tasa de expansión y extrapolar hacia atrás, inferimos que alguna vez el universo estuvo condensado en una singularidad, un estado de densidad y temperatura infinitas. La temperatura en el momento del BigBang se estima en 1,8×10³²°F (10²⁶K), una cifra que subraya las condiciones extremas que prevalecían entonces.
¿Cómo, entonces, podría haber algo que preexistiera en un universo que supuestamente comenzó con una singularidad? La respuesta está en la evolución del propio marco BigBang. El modelo estándar describe una fase inflacionaria rápida (una fracción de segundo durante la cual el universo se expandió más rápido que la luz) inmediatamente después de la singularidad. Los desarrollos teóricos recientes sugieren que esta época inflacionaria puede ser en sí misma una transición de una fase anterior, ofreciendo una ventana al mundo anterior al BigBang.
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La inflación cósmica fue expresada por primera vez a principios de la década de 1980 por AlanGuth, Alexei Starobinsky, Andrei Linde y KatsuhikoSato. La teoría propone que se produjo una breve expansión exponencial antes del BigBang canónico, suavizando la geometría del universo e imprimiendo las sutiles anisotropías que ahora observamos en el CMB. La evidencia de fluctuaciones superhorizontes (variaciones de temperatura que exceden el horizonte causal) respalda la existencia de una fase inflacionaria anterior al BigBang, ya que no pueden ser producidas únicamente mediante la física posinflacionaria estándar.
Estos conocimientos sientan las bases para considerar si formas exóticas de materia, como la materia oscura, podrían haberse originado durante este intervalo.
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La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la masa total del universo, pero elude la detección directa porque no emite ni absorbe radiación electromagnética. Sin embargo, su influencia gravitacional es evidente en las curvas de rotación galáctica y en la formación de estructuras a gran escala.
En un estudio de 2024 publicado en Physical Review Letters , KatherineFreese, Gabriele Montefalcone y BarmakShamsEsHaghi, de la Universidad de Texas en Austin, introdujeron el modelo de “inflación cálida mediante congelación ultravioleta” (WIFI). Este marco propone que la materia oscura se produjo durante la propia época inflacionaria, a través de pequeñas interacciones entre el campo de inflatón y un baño termal generado por la desintegración del inflatón en radiación.
Freese explicó en un comunicado de prensa:"En la mayoría de los modelos, cualquier partícula creada durante la inflación se diluye por la expansión exponencial. Sin embargo, el mecanismo WIFI permite que la materia oscura se genere in situ y sobreviva a la dilución inflacionaria".
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Si bien el escenario de WIFI es matemáticamente complejo, ofrece una narrativa convincente:la materia oscura podría haberse forjado en el calor del universo primitivo, justo antes del BigBang, y persistiría hasta el día de hoy. Además, el modelo predice una eficiencia en la producción de materia oscura que supera los mecanismos de congelación convencionales, resolviendo potencialmente las tensiones entre la densidad de materia oscura observada y las expectativas de la física de partículas.
"Más allá de la materia oscura, WIFI sugiere una aplicabilidad más amplia a la generación de otras partículas reliquias que pueden haber desempeñado papeles fundamentales en la configuración del universo primitivo", señaló ShamsEsHaghi. "Estos conocimientos abren nuevas vías tanto para la investigación teórica como para las búsquedas experimentales".
A medida que continúa la investigación, las próximas observaciones, como las del telescopio espacial James Webb y los experimentos CMB de próxima generación, pueden proporcionar los datos necesarios para confirmar o refutar la hipótesis WIFI, reescribiendo potencialmente nuestra comprensión de los primeros momentos del universo.
