¿Qué información sobre la inflación podría obtenerse de una medición del fondo de ondas gravitacionales cósmicas?

Entiendo que la inflación predice que hay un fondo de ondas gravitacionales primordiales debido a las fluctuaciones cuánticas en el campo gravitatorio. La inflación es, por supuesto, muy importante en términos de cosmología moderna y explica varias cosas sobre el universo en el que vivimos (homogeneidad, isotropía, planitud y falta de monopolos magnéticos).

Sin embargo, hay un grupo de científicos de tamaño significativo que no está de acuerdo con la teoría, supongo que principalmente debido a consideraciones teóricas que parecen implicar que

a) la inflación, tal como la entendemos, habría sido muy poco probable que produjera el universo que ahora observamos: "De todas las formas en que el universo podría haber comenzado, solo una pequeña fracción conduciría al estado uniforme y plano que se observa hoy".

b) la teoría en cierto sentido "predice todo", y por lo tanto no predice nada. La inflación predice una infinidad de "burbujas", con una infinidad de propiedades, siempre nucleando y creciendo en una inflación eterna en una escala mayor que nuestro universo observable.

Entonces, la teoría de la inflación es efectiva para explicar las cosas que vemos, pero ineficaz en otros aspectos. Así que mi pregunta es, en términos sencillos, ¿qué información podemos obtener sobre la era inflacionaria al medir el fondo cósmico de GW? Por el contrario, ¿qué implicaría si (puramente hipotéticamente) se descubriera que este fondo no existe o tiene un espectro diferente de lo que esperamos?

Respuestas (2)

En primer lugar, la inflación es más una idea que una teoría concreta.

Con esto quiero decir que la inflación predice que debió haber alguna época en la que el espacio-tiempo se expandió más rápido que la velocidad de propagación de la información (= velocidad de la luz). Pero cualquier teoría que haga esto se llama teoría de la inflación.

En la práctica existen muchas teorías posibles que dan lugar a este comportamiento y sería increíblemente valioso poder descartar algunas. Aquí es donde entra en juego la detección del fondo gravitatorio. Cada teoría de la inflación predice que habrá algo de fondo tanto en el campo gravitatorio como en el térmico. Además, todos predicen algún valor relativo de sus intensidades, esta es la llamada relación escalar a tensor.

Medir el fondo gravitatorio cósmico nos diría el valor exacto de esta relación tensor-escalar y con ello excluiría muchos modos de inflación acercándonos un paso más al modelo correcto...

Dado que la tasa de expansión es proporcional a la distancia, para distancias suficientemente grandes el espacio se expande más rápido que la velocidad de la luz. Esto es cierto en cualquier momento dado de la historia del Universo. Durante la inflación simplemente sucedió más rápido que hoy, pero cuantitativamente no hay diferencia.
Tienes un punto, pero esto sería una gran distancia, déjame reformular mi punto un poco más claro. La inflación marca una época durante la cual la expansión fue localmente más rápida que la velocidad de la luz, de modo que las regiones que estaban en contacto causal antes de la inflación ya no lo estaban después de la inflación. Su ejemplo requeriría que las dos regiones no estuvieran en contacto causal, de modo que no lo llamaríamos inflación. Si quieres, puedo ajustar mi publicación con algo más sobre esto. :)
Lo siento, quise decir cualitativamente no hay diferencia. Cuantitativamente, hay una gran diferencia entre la inflación y la expansión "normal", como dices. Pero no estoy seguro de lo que quiere decir con "la expansión fue localmente más rápida que la velocidad de la luz". En ambos casos, hay una región subluminal "local" y una región superluminal más distante. Y en ambos casos, la región subluminal eventualmente puede convertirse en superluminal.
Efectivamente estoy de acuerdo! Debería haber elegido mis palabras con más cuidado, con "localmente más rápido que la luz" simplemente quise decir que dos regiones que solían estar en contacto causal pueden no estarlo más después de la inflación. Lo cual es algo que la expansión normal no puede lograr. Básicamente, lo que quise decir es: la inflación soluciona el problema del horizonte, la expansión normal no... Pero creo que estamos en la misma línea y solo estamos discutiendo una lingüística inútil, ¿no?
Hmm… ¿No se puede decir lo mismo de la expansión normal? Solíamos estar en contacto causal con, digamos, la galaxia GN-z11 con corrimiento al rojo z = 10.9 (ya que podemos verla), pero dado que la luz que emite hoy nunca podrá alcanzarnos, ya no estamos en contacto causal . . ¿No es esto lo mismo que la inflación, solo que en otra escala?
¿Por qué la luz que emite hoy no podría alcanzarnos? Puede que tengas razón, simplemente no puedo entender por qué sería tan...
Porque la expansión ahora se está acelerando, como lo fue durante la inflación ( A ∼ mi H t ). Eso significa que en cualquier momento hay un "horizonte" fuera del cual la luz nunca podrá alcanzarnos. Inmediatamente después de la inflación, la distancia (en movimiento) a ese horizonte fue de ~63 Gly. Hoy, la distancia al horizonte es ~17 Gly. Es decir, vemos galaxias más lejanas que 17 Gly, pero la luz que emiten hoy nunca llegará, simplemente porque la tasa de expansión sigue aumentando. En contraste, la luz emitida hoy desde una galaxia, digamos, a 14 Gly de distancia, eventualmente nos alcanzará (aunque en un futuro muy lejano).
De hecho lo entiendo :) ¡Qué gran figura! (enviándoselo a mi profesor de cosmología de inmediato)

la inflación tal como la entendemos habría sido muy poco probable que produjera el universo que ahora observamos

En realidad es todo lo contrario: sin inflación sería muy poco probable ver el universo en este estado particular, ya que tendríamos que ajustar las condiciones iniciales. Lo que hace la inflación es hacer que las predicciones sean insensibles a las condiciones iniciales y "oculta" la singularidad inicial.

Actualmente, todo lo que tenemos son modelos puramente fenomenológicos de inflación de los cuales elegimos experimentalmente favorables (al mismo tiempo que tratamos de derivar esos modelos de cuerdas, desarrollando extensiones de supergravedad, etc.)

¿Qué información sobre la inflación podría obtenerse de una medición del fondo de ondas gravitacionales cósmicas?
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