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sábado, marzo 23, 2013

La luz del principio

El observatorio espacial Planck nos presenta el nuevo rostro del Universo primigenio.

Sería lanzado el 14 de Marzo de 2009 junto al observatorio Herschel y posteriormente se siatuaría en punto Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol con el objetivo de captar la luz más antigua del Cosmos, el llamado Fondo de Microondas o CBM, que según los modelos actuales es el eco lejano de la luz emitida 380.000 años después del nacimiento de Universo, cuando, al enfriarse y permitir la combinación de partículas elementales en átomos, la niebla de protones, electrones y fotones que la bloqueaba se disipó. Hoy día, desplazada hacia las longitudes de onda de las microondas, nos llega desde todos lados, a una temperatura de 2,7 grados por encima del cero absoluto.

El CBM no es homogeno, ya que presenta pequeñas fluctuaciones en la temperatura que se corresponden con regiones con una densidad ligeramente diferente durante en los primeros instantes de la historia del Universo. Conocidas como anisotropías, se consideran las semillas a partir de las cuales se formaron de todas las estructuras cósmicas que vemos hoy en día, ya que sin ellas, sin diferencias por mínima que fueran, no habrían podido existir y el Universo sería un lugar vacío. Mediarlas con una precisión nunca alcanzada hasta ahora era preciamente el objetivo de Planck.

El resultado de los primeros 15 meses de observación es su primer mapa completo de la Bóveda Celeste y el fondo de microondas, observado ahora con una precisión nunca antes alcanzada, gracias tanto al potencial del propio del propio telescopio como al gran trabajo de los científicos de la misión al retirar la "contaminación" originada por el material interestelar de nuestra Galaxia y de otras fuentes extragalácticas. El rostro del joven Universo se desvela con todos sus detalles. Y con sorpresas.

Lo observado encaja con el modelo estándar a escalas pequeñas y medias, pero a grandes escalas la cosa cambia, desvelando una serie de características inexplicable por ahora, como la existencia de una zona del CMB con una temperatura muy inferior a la media y, especialmente, la existencia del llamado "Eje del Mal" (Axis of Evil), que marca una asimetría en la temperatura media de los dos hemisferios celestes, lo que se opone la idea de que el Universo lejano debería ser similar en todas direcciones. En realidad ya habían sido observadas por una misión anterior, la WMAP, pero se había llegado a la conclusión que no formaba parte del CMB, siendo emisiones de objetos celestes en primer plano, en especial la propia Vía Láctea.

El modelo estándar actual no parece, de momento, capaz de explicar estas anomalias.

"Ahora que Planck ha detectado de nuevo estas anomalías con un gran nivel de detalle elimina cualquier duda sobre su existencia; ya no podemos decir que sean errores de medida. Son reales, y tenemos que buscar una teoría que explique su existencia", comenta Paolo Natoli de la Universidad de Ferrara, Italia. "Imagina que estás inspeccionando los cimientos de una casa y encuentras varios puntos débiles. Eres incapaz de determinar si van a provocar que la casa se derrumbe, pero lo más probable es que empieces a buscar una forma de reforzarlos lo antes posible", explica François Bouchet del Instituto de Astrofísica de París.

"Desde la publicación de la primera imagen a cielo completo de Planck en el año 2010, hemos analizado y extraído cuidadosamente todas las interferencias que se interponían entre los sensores de Planck y la primera luz del Universo, desvelando el fondo cósmico de microondas con un nivel de detalle sin precedentes. Nuestro último objetivo sería elaborar un nuevo modelo cosmológico capaz de describir y relacionar estas anomalías. Pero todavía es pronto; de momento no sabemos si algo así sería posible, ni qué tipo de teorías físicas serían necesarias. Y esto es lo más emocionante", añade George Efstathiou de la Universidad de Cambridge, Reino Unido.

Otro de los logros de Planck es haber redefindo los "ingredientes" cósmicos: 4,9% de material bariónica (la que forma las estrellas, los planetas y nuestros propios cuerpos) y 26,8% de materia oscura, mientras que la energía oscura, la fuerza misteriosa que sería la responsable de acelerar la expansión del Universo, constituye una fracción mucho menor de lo esperado, con un 68,3%. También la edad del Universo cambia ligeramente, hasta los 13.820 millones de años, ya que los datos dseñalan un valor para la expansión del Universo actual, conocida como la constante de Hubble de 67,15 km/s/Mpc, bastante inferior al estándar utilizado en astronomía.

Planck se encuentra casi al final de su vida útil, ya que sus reservas de Helio líquido, necesario para mantener el HFI (High Frequency Instrument, que cubre el firmamento entre los 100-857 GHz) a –273,15°C, una décima de grado por encima del cero absoluto, se agotó a principios de año, por lo que quedó fuera de servicio, mientras que el LFI (Low Frequency Instrument, que cubre las frecuencias de 30 a 70 GHz), que funciona a 20º K seguirá tomandos datos hasta Septiembre u Octubre, aunque no es previsible que sus datos cambien de forma significativa estos resultados.

A pesar de ello la cantidad de información reunida es tal que este mapa es solo el primer paso, ya que hay tantos datos deben ser analizados en profundidad que hasta 2014 no tendremos los resultados definitivos. Pero este primera mirada hacia la luz de los orígenes ya nos deja tantas cosas, tantos enigmas y desafíos por afrontar, que por si sola ya marca un antes y un después en la cosmología actual...y es que hoy estamos un poco más cerca de la luz del principio, de entender esos primeros instantes que dieron lugar, mucho después, a nuestra propia existencia.

La región fría (señalada con un círculo) y la llamada Axis of Evil, que marca una clara asimetría entre hemisferios. Todo un desafío para el modelo estándar actual.

El espectro de potencias: Si representamos las fluctuaciones de temperatura del CMB en función de su tamaño angular (el área que ocupan en la Bóveda Celeste) obtenemos una gráfica reveladora, ya que nalizando las diferente alturas y disposición de los picos y valles podemos averiguar la edad del Universo, la velocidad de expansión y la cantidad de materia oscura, materia bariónica y energía oscura que lo forman.

La composición del Universo antes y después de Planck.


El salto cualitativo entre la misión WMAP y la misión Planck. La primera dejó entrever lo que ahora la segunda confirma.

Desde la primera misión de estudio del CMB, el COBE, lanzado en 1989, nuestra visión de esta luz primigenia del Universo no deja de mejorar, y con ello nuestra capacidad de "leer" la información que se esconde en ella.

Retrocediendo en el tiempo. El fondo de microondas es la luz emitida durante la llamada era de la recombinación.

Planck desvela un universo casi perfecto

El Universo según Planck

The Universe according to Planck

Planck Mission Brings Universe Into Sharp Focus

1 comentario:

Copérnico. dijo...

gran post Tokaidin,para mi lo más importante es que los datos de Planck,aseguran la existencia de la materia oscura y la energía oscura por lo tanto ahora que ya se sabe su existencia(descartando teorías como Mond o la constante cosmológica)solo resta a la ciencia el gran reto de averiguar de una vez por toda que son ,por cierto se espera para estos días la publicación de los resultados del Alpha Magnetic Spectrometer de la estación espacial internacional y según el premio nobel Samuel Ting estos resultados revolucionarán nuestro conocimiento sobre la materia oscura (será acaso que descubrieron una partícula supersimétrica?)esperemos entonces a ver de que se trata.