En los primeros instantes de la vida del universo, este se parecía a un caldero burbujeante. La materia no estaba distribuida uniformemente: en ella maduraban grumos y vacíos, y su movimiento turbulento generaba un temblor del propio espacio: las ondas gravitacionales. Hoy intentamos captar sus ecos, por ejemplo, con la red de radiotelescopios NANOGrav, y compararlos con las predicciones. Para ello, los físicos ejecutan simulaciones numéricas en supercomputadoras, recreando aquella tormenta ancestral.
Pero hay un inconveniente. Cuando a partir de la simulación se calcula directamente el espectro —la distribución de la energía de las ondas según su frecuencia—, en las frecuencias bajas aparece un temblor fino. Se parece a una ondulación que no se esperaba en absoluto. La causa no es física, sino matemática: al promediar los cuadrados de las amplitudes, en la señal se cuelan frecuencias duplicadas. Es como si un eco rebotara en una pared y se superpusiera a sí mismo. Los autores del trabajo lo llaman "serpenteos parásitos" y demuestran que no tienen relación con las ondas reales. Ese espectro no se puede mostrar a los observadores: induce a error.
La solución vino de una consideración simple: hay que dejar que la simulación "se enfríe". Cuando la fuente de las ondas —por ejemplo, una red de paredes de dominio (pliegues hipotéticos del espacio-tiempo)— desaparece, las ondas aún viajan por el universo durante un tiempo. Si se extiende el cálculo varias épocas de Hubble (períodos de duplicación del tamaño del universo) después de apagar la fuente, las oscilaciones parásitas se suavizan por sí solas. Los físicos lo comprobaron con el código CosmoLattice, modelando precisamente una red de paredes de dominio. La simulación extendida permitió recuperar la verdadera pendiente infrarroja del espectro, suave —esa que guarda la memoria de la etapa más turbulenta del nacimiento de las ondas.
Los autores advierten: el estiramiento artificial de las ecuaciones mediante el conocido truco de Press–Riddick–Spergel (PRS) no sirve aquí. Produce espectros incorrectos, incluso si se renormanizan cuidadosamente las fuentes. Solo la continuación física honesta del cálculo, que tomó algunas épocas de Hubble adicionales, saca a la luz la señal verdadera. El método es bastante universal y se aplica a cualquier modelo numérico de fuentes hipotéticas de ondas gravitacionales en el universo temprano.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.25073
Numerical simulations of gravitational waves (GW) production during violent evolution of matter inhomogeneities in the early Universe yield highly wiggle infrared parts of the spectra. Obtained directly from the two-point correlation function, these wiggles are nonphysical, corresponding to the parasitic, double frequency terms in naively averaged squared oscillation amplitudes of GW, and hence must be washed out. The deep infrared behavior can be predicted on general grounds, e.g. fixed by causality considerations. However, what matters for real observations, e.g. like that of NANOGrav, and what can be only inferred from numerical simulations, is the infrared slope near the maximum of the spectrum. It reflects the dynamics responsible for the GW production in its heyday, and hence must be accurately predicted. We illustrate the problem with numerical simulations of the Domain Wall network performed with the help of code CosmoLattice. We suggest a numerical procedure to smooth out these parasitic wiggles, which allows us to recover the true spectrum. Being quite generic, it may be applied to numerical simulations of other hypothetical sources of GW possibly operating in the early Universe. The procedure requires to extend the simulation by a few Hubble times after termination of the GW production. We checked with numerical simulations, that the technically natural long-time extension of simulations, which becomes available via artificial scaling of different parts in the scalar sector equations provided by PRS prescription, gives wrong GW spectra even if the source terms are properly rescaled.
Una red de paredes de dominio son "arrugas" hipotéticas del espacio-tiempo que podrían haber surgido durante el enfriamiento del universo, cuando este atravesaba transiciones de fase, de manera similar a como el agua se convierte en hielo.
En la novela "Contacto" de Carl Sagan, una señal extraterrestre contiene el plano de una máquina que utiliza ondas gravitacionales para viajar a través del espacio-tiempo.