Temas de investigación
Ondas gravitatorias primordiales - experimento QUBIC:
En el contexto del modelo cosmológico estándar, las estructuras del Universo se forman a partir de pequeñas fluctuaciones primordiales. Los modelos inflacionarios no sólo predicen el espectro de fluctuaciones escalares, sino que también predicen un pequeño porcentaje de fluctuaciones tensoriales, u ondas gravitatorias primordiales. Dichas ondas gravitatorias dejan una huella particular en la polarización del Fondo Cósmico de radiación (FCR), llamada modos B de polarización. Medir dicho patrón de polarización constituiría la primera evidencia observacional indirecta del período inflacionario. En la actualidad son muchos los esfuerzos observacionales que apuntan a medir dicha señal, que no sólo es pequeña, sino que además está contaminada fuertemente por radiación polarizada de nuestra galaxia. Dentro de nuestro grupo de investigación (Claudia Scóccola y Martín Gamboa) participamos del experimento QUBIC (Q&U Bolometric Interferometer for Cosmology), cuyo objetivo es medir la polarización del FCR. El experimento QUBIC presenta una novedosa infraestructura de interferómetro bolométrico que observará a 150 y 220 GHz, y se destaca entre sus competidores por combinar la sensibilidad de los detectores bolométricos con el alto control de los errores sistemáticos propio de los interferómetros. El análisis de datos de un experimento de estas características es complicado, pero a su vez permite separar la radiación en subfrecuencias adicionales dentro de cada una de las bandas, y así obtener una cobertura espectral más amplia que lo que originalmente estaba pensado. Esto permite separar mejor los contaminantes de la radiación primordial. Nuestra contribución dentro de la colaboración apunta a proveer simulaciones, y desarrollar programas para realizar el análisis de los datos a obtener con el experimento.
Miembros del grupo que participan del proyecto: Claudia Scóccola, Martín Gamboa Lerena, Nahuel Mirón-Granese y Belén Costanza.
Materia Oscura:
La necesidad de suponer la existencia de una componente de materia oscura como parte esencial en la composición total materia-energía del Universo, es uno de los resultados centrales del modelo cosmológico estándar (LCDM). Un tema abierto aún no resuelto y de gran relevancia en el area, es precisamente cómo se distribuye tal componente de materia a escalas galácticas, y cual es la naturaleza y masa de las partículas que componen la materia oscura. La principal herramienta que existe en la actualidad para responder estas cuestiones está basada en las simulaciones cosmológicas (clásicas) de N-cuerpos, con condiciones iniciales adecuadas provistas por el paradigma de LCDM. Si bien este tipo de simulaciones logra explicar de buena manera la distribución de la materia oscura a grandes escalas (> Mpc), enfrenta varios desafíos y tensiones a corta escala (escala galáctica) aún por ser resueltos. Distintas alternativas están siendo provistas en los últimos años para solucionar estos problemas, incluyendo la posibilidad de que la materia oscura sea auto-interactuante, o la de considerar materia oscura tibia en vez de fría (con distinta física de desacople primordial), o bien incorporar la naturaleza cuántica de las partículas a la base de las simulaciones, entre otras. Todos temas en los que nuestro grupo de investigación esta haciendo aportes originales, en colaboración con Investigadores y estudiantes tanto nacionales como Internacionales. Cabe destacar que el hecho de incorporar la naturaleza cuántica (fermiónica o bosónica) en la estructura de los halos de materia oscura, lleva a novedosas soluciones de tipo "núcleo denso - halo diluido" las cuales no sólo logran reproducir los datos observados de la curvas de rotación galácticas sino que, por ejemplo en el caso fermiónico, aportan nuevas soluciones a la formación de agujeros negros supermasivos en el Universo temprano como fue recientemente mostrado por parte de nuestro grupo en una serie de artículos científicos.
Miembros del grupo que participan del proyecto: Carlos Argüelles, Claudia Scóccola, Santiago Collazo y Valentina Crespi.
Colaboradores: Remo Ruffini (ICRANet, INAF); Jorge Rueda (ICRANet, Ferrara University); Andreas Krut (ICRANet); Pierre-Henri Chavanis (University of Toulouse, CNRS); Martín Mestre (IALP, UNLP); Florencia Vieyro (IAR, UNLP); Eduar Becerra-Vergara (UIS); Rafael Yunis (IRAP-Ph.D-Sapienza-Roma), Diana Lopez Nacir (UBA), Nickolaos Mavromatos (King's College).
Distribución de la materia a gran escala:
Las perturbaciones primordiales evolucionan para dar lugar a la estructura a gran escala que observamos hoy en el Universo. El estudio del "clustering" o agrupamiento de la materia, resulta una valiosa herramienta para testear los modelos cosmológicos. Una de las maneras de estudiar dicho agrupamiento es a través de las funciones de correlación a dos puntos, o su análogo en el espacio de Fourier, el espectro de potencias. Teóricamente, el estudio de la formación de estructuras suele hacerse a través de simulaciones numéricas de N-cuerpos, para seguir la evolución de las perturbaciones en el régimen no lineal. Cuando estas simulaciones sólo consideran materia oscura, pueden ser sometidas luego a códigos semi-analíticos que simulen la formación de galaxias dentro de los halos de materia oscura generados por la simulación de N-cuerpos. El tratamiento de las galaxias huérfanas (aquellas que han perdido su halo de materia oscura durante su evolución) queda un tanto ambigüo entonces dentro de los códigos semi-analíticos. Una posibilidad es utilizar el clustering de la materia para poner cotas a los posibles tratamientos de las galaxias huérfanas.
Miembros del grupo que participan del proyecto: Claudia Scóccola y Facundo Delfino.
Colaboradores: Sofía Cora (FCAG), Christian Vega (Univ. La Serena), Ignacio Gargiulo (FCAG).
Modelos no estándar de inflación:
Un problema no resuelto en el modelo de inflación estándar es el origen de las fluctuaciones primordiales que dan lugar a la formación de las estructuras a gran escala como galaxias y cúmulos de galaxias. Dicho problema consiste en que la transición de un estado cuántico simétrico, asociado al universo temprano, hacia un estado no simétrico, correspondiente al Universo actual, se realiza mediante un proceso dinámico descripto por la evolución usual de la Mecánica Cuántica, y que no rompe ninguna simetría, lo que lleva a pensar que hay un elemento ausente en la explicación estándar en la literatura. Una propuesta es agregar una hipótesis extra al modelo de inflación estándar, la cual consiste en que la emergencia de un universo inhomogéneo y anisotrópico a partir de un estado inicial homogéneo e isotrópico se puede explicar a partir del colapso dinámico de cada modo de la función de onda del campo inflatón.
Miembros del grupo que participan del proyecto: Gabriel León García, Lucila Kraiselburd, María Pía Piccirilli.
Colaboradores: Susana Landau (UBA).
Teoría de gravedad modificada:
La expansión acelerada del Universo actual es uno de los problemas más intrigantes de la cosmología moderna. Aún las explicaciones menos exóticas requieren la existencia de una nueva componente en el Universo, con propiedades físicas inusuales que lleven a una gravedad repulsiva a grandes distancias. Una alternativa a la energía oscura viene dada por una modificación a la teoría de gravitación vigente, es decir, a la teoría de la Relatividad General de Einstein. En particular, nos focalizamos en las teorías en las cuales se modifica la acción gravitatoria por una función del escalar de curvatura (usualmente llamadas teorías f(R)), las cuales están fuertemente relacionada con aquellas donde un campo escalar (camaleón) se acopla fuertemente a la materia en el tensor energía-momento. También analizamos otras teorías alternativas como las f(T) (trabajando bajo la formulación de gravedad teleparalela TEGR, el escalar de torsión T es reemplazado por una función del mismo) y teorías escalar-vectorial-tensoriales, que nacen de la unión de teorías escalar-tensorial de Horndeski con teorías vectorial- tensorial de Proca generalizadas.
Miembros del grupo que participan en varios proyectos dentro de este tema: Gabriel León García, Lucila Kraiselburd, María Pía Piccirilli, Claudia Scóccola.
Colaboradores: Susana Landau (UBA), Florencia Teppa-Pannia (Univ. Salamanca), Manuel González Espinosa y Giovanni Otalora (Univ. Católica de Valparaiso).