Astrofísicos simulan cúmulos microscópicos del Big Bang

Los primeros momentos del Universo se pueden reconstruir matemáticamente aunque no se puedan observar directamente. Los físicos de las universidades de Göttingen y Auckland (Nueva Zelanda) han mejorado enormemente la capacidad de complejas simulaciones por computadora para describir esta época temprana. Descubrieron que una red compleja de estructuras puede formarse en la primera billonésima de segundo después de la Big Bang. El comportamiento de estos objetos imita la distribución de las galaxias en el Universo actual. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre hoy en día, estas estructuras primordiales son microscópicamente pequeñas. Los grupos típicos tienen masas de solo unos pocos gramos y caben en volúmenes mucho más pequeños que las partículas elementales actuales. Los resultados del estudio se han publicado en la revista Revisión física D.

Simulaciones del universo temprano

Los resultados de la simulación muestran el crecimiento de estructuras diminutas y extremadamente densas poco después de la fase de inflación del universo muy temprano. Entre los estados inicial y final de la simulación (arriba a la izquierda y a la derecha respectivamente), el área que se muestra se ha expandido a diez millones de veces su volumen inicial, pero aún es muchas veces más pequeña que el interior de un protón. El grupo agrandado en la parte inferior izquierda tendría una masa de aproximadamente 20 kg. Crédito: Jens Niemeyer, Universidad de Göttingen

Los investigadores pudieron observar el desarrollo de regiones de mayor densidad que se mantienen unidas por su propia gravedad. “El espacio físico representado por nuestra simulación encajaría en un solo protón un millón de veces”, dice el profesor Jens Niemeyer, director del Grupo de Cosmología Astrofísica de la Universidad de Göttingen. “Es probablemente la simulación más grande del área más pequeña del Universo que se ha llevado a cabo hasta ahora”. Estas simulaciones permiten calcular predicciones más precisas de las propiedades de estos vestigios desde los inicios del Universo.

Jens Niemeyer

Profesor Jens Niemeyer. Crédito: Universidad de Göttingen

Aunque las estructuras simuladas por computadora tendrían una vida muy corta y eventualmente se “vaporizarían” en partículas elementales estándar, los rastros de esta fase temprana extrema pueden ser detectables en experimentos futuros. “La formación de tales estructuras, así como sus movimientos e interacciones, deben haber generado un ruido de fondo de ondas gravitacionales”, Dice Benedikt Eggemeier, estudiante de doctorado en el grupo de Niemeyer y primer autor del estudio. “Con la ayuda de nuestras simulaciones, podemos calcular la fuerza de esta señal de onda gravitacional, que podría medirse en el futuro”.

También es concebible que se puedan formar pequeños agujeros negros si estas estructuras sufren un colapso descontrolado. Si esto sucede, podrían tener consecuencias observables hoy, o formar parte de la misteriosa materia oscura del Universo. “Por otro lado”, dice el profesor Easther, “si las simulaciones predicen la forma de agujeros negros y no los vemos, entonces habremos encontrado una nueva forma de probar modelos del Universo infantil”.

Referencia: “Formación de halos inflatón después de la inflación” por Benedikt Eggemeier, Jens C. Niemeyer y Richard Easther, 22 de marzo de 2021, Revisión física D.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.103.063525


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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