Universo temprano : inflación y recalentamiento (2025)
El estudio del universo temprano ha revelado que su evolución estuvo marcada por una serie de transiciones físicas fundamentales. Entre ellas, la inflación cósmica y el recalentamiento constituyen dos procesos esenciales para comprender la estructura actual del cosmos. La inflación, una fase de expansión exponencial extremadamente rápida, resuelve problemas clave del modelo del Big Bang caliente, como el problema del horizonte, la planitud del universo y la ausencia de monopolos magnéticos. Durante esta etapa, el universo creció exponencialmente en fracciones de segundo, suavizando cualquier curvatura espacial inicial y estableciendo las condiciones para la formación de estructuras a gran escala. Dentro del marco inflacionario, el inflatón, un campo escalar, juega un papel fundamental en la evolución del universo temprano. Su dinámica se modela bajo diferentes aproximaciones, siendo la más común el régimen de slow-roll, que permite una expansión prolongada antes de la finalización de la inflación. En esta monografía, se exploran diversos modelos inflacionarios, con énfasis en la inflación caótica, donde el inflatón sigue un potencial cuadrático. Se analizan las ecuaciones de movimiento del inflatón en este contexto, considerando la transición al régimen coherente de oscilaciones cuando la inflación llega a su fin. El recalentamiento, por otro lado, es el proceso mediante el cual la energía del inflatón se convierte en radiación y partículas relativistas, estableciendo las condiciones iniciales para la nucleosíntesis primordial y la formación de estructuras cósmicas. Aunque este mecanismo es una consecuencia natural de la inflación, su descripción detallada sigue siendo un tema de investigación activa. En este trabajo, se aborda el recalentamiento desde una perspectiva teórica, estudiando su conexión con la dinámica inflacionaria y presentando las ecuaciones de Boltzmann que gobiernan la transferencia de energía entre el inflatón y la radiación. Finalmente, se hace una revisión de los posibles fenómenos físicos asociados a la inflación y el recalentamiento, así como de los experimentos en curso que buscan ampliar nuestro conocimiento en esta área. Aunque no se abordan en detalle, se mencionan aspectos como la posible conexión con la producción de materia oscura, la generación de ondas gravitacionales primordiales y las observaciones futuras que podrían proporcionar restricciones adicionales a los modelos inflacionarios.