ondas gravitacionales y teoría de la inflación

Las ondas gravitacionales nunca se han detectado directamente.

Las ondas gravitacionales son predichas por la relatividad general y se han inferido de otras observaciones.

Una fuerte evidencia de ondas gravitacionales es el cambio de período del sistema estelar binario Hulse-Talyor . La energía se pierde del sistema a un ritmo consistente con la radiación de las ondas gravitacionales.

El informe del 17 de marzo de 2014 de evidencia de ondas gravitacionales primordiales no es una observación directa de las ondas. En cambio, se observaron fotones y se dedujeron ondas gravitatorias de los fotones. Ahora que el grupo de investigación (BICEP2) ha publicado su trabajo en una revista revisada por pares, afirman que, de hecho, el polvo puede ser responsable del efecto atribuido a las ondas gravitacionales. Citando su artículo publicado , "los modelos no están lo suficientemente restringidos ... para excluir la posibilidad de emisión de polvo lo suficientemente brillante como para explicar todo el exceso de señal". Por lo tanto, aún no está confirmado que se hayan detectado ondas de gravitación primordiales.

•¿Por qué GW requiere tales niveles de energía?

No existe un umbral de energía para producir ondas gravitatorias. Por ejemplo, una varilla giratoria, girando perpendicularmente al eje de la varilla, produciría ondas gravitatorias. Sin embargo, la gravitación es una fuerza relativamente débil y es muy difícil, hasta ahora imposible, detectar ondas gravitacionales.

•¿Por qué la gravedad atractiva no crea GW?

A riesgo de simplificar demasiado, los campos gravitatorios que varían en el tiempo producen ondas gravitacionales. O, más técnicamente, la enésima derivada temporal del momento n-multipolar (como la tercera derivada del momento cuádruple) del tensor de tensión-energía debe ser distinta de cero para que se produzcan ondas gravitatorias. La gravedad atractiva (como dos objetos que se atraen entre sí y orbitan su centro de masa común) puede causar ondas gravitacionales si existe una dependencia del tiempo, como la órbita.

Por el título, supongo que está pensando en los informes de que el equipo BICEP2 había detectado ondas gravitacionales . Midieron la polarización del fondo cósmico de microondas y encontraron patrones que concluyeron que debían haber sido causados ​​por ondas gravitatorias primordiales durante la inflación . Sin embargo, ahora parece probable que juzgaron mal el ruido de fondo en sus datos, y ya no está claro si detectaron GW o no. Si alguien está interesado, su artículo está aquí , o Google BICEP2 para muchos, muchos artículos de blog sobre el tema.

Entonces, en este momento, la única detección segura de GW es la detección indirecta de las mediciones del binario Hulse-Taylor, como Dave mencionó en su respuesta. Sin embargo, esto no invalida su pregunta y aún podemos abordar los puntos que planteó.

¿Por qué GW requiere tales niveles de energía?

La inflación cósmica ocurrió temprano en la evolución del universo cuando las energías eran enormemente altas y (suponiendo que nuestras teorías sean correctas) habría generado grandes cantidades de radiación gravitacional. Pero las ondas gravitacionales no requieren mucha energía. Como analogía, considere crear ondas de sonido: si aplaude, hace un sonido que la gente puede escuchar desde unos pocos metros de distancia, mientras que si suelta una bomba de hidrógeno, ¡hace un sonido que la gente puede escuchar desde millas de distancia! No se necesitan altas energías para hacer un sonido, pero las altas energías hacen un sonido muy fuerte.

En principio, tú y yo generamos ondas de gravedad con solo movernos, pero la intensidad de estas ondas es absurdamente pequeña. El binario Hulse-Taylor es mucho más energético que tú y yo, pero incluso eso genera cantidades tan pequeñas de ondas gravitacionales que requiere mediciones extremadamente cuidadosas para detectarlas. No es que se necesitaran las energías muy altas involucradas en el momento de la inflación para generar ondas gravitacionales, sino que se necesitaron energías tan altas para generar ondas gravitacionales que todavía podemos detectar 13.700 millones de años después.

¿Por qué la gravedad atractiva no crea GW?

No es el atractivo o lo contrario de la gravedad lo que importa. Las ondas de gravedad son creadas por cualquier distribución de materia o energía que tenga un momento cuadripolar oscilante . Esto se aplicaría a la materia exótica y la materia negativa (si existieran, que probablemente no existan) de la misma manera que se aplica a la materia normal.

Y finalmente:

Si GW apoya la teoría de la inflación, ¿por qué se detuvo el crecimiento exponencial del universo (o se detuvo alguna vez?)

Nadie sabe la respuesta a esto porque no tenemos una teoría fundamental de la inflación. Las diversas teorías de la inflación postulan un campo escalar que la provoca, pero sin dar ninguna descripción concreta de la física que crea el campo. Generalmente, el campo se seleccionará para que la inflación finalice después de la cantidad requerida de e-folds.

Hay intentos de proporcionar descripciones fundamentales del campo escalar, por ejemplo, vinculándolo a la partícula de Higgs , pero aún no se ha encontrado una teoría ampliamente aceptada.