El Universo según Planck

Hoy sabemos que el Universo es un poco más viejo de lo que se pensaba. 13.820 millones de años para ser exactos. También sabemos que la cantidad de energía oscura es un poco menor y que ‘solamente’ constituye el 68,3% de la masa del Universo, en vez del 72,8% como creíamos. A cambio, la cantidad de materia bariónica -materia ‘normal’- y materia oscura es un poco mayor (4,9% y 26,8%, respectivamente). Y todo esto lo sabemos gracias a la telescopio Planck de la ESA, cuyos resultados del análisis del fondo cósmico de microondas (CMB, Cosmic Microwave Background) se han hecho públicos hoy.

El nuevo mapa del fondo cósmico de microondas cortesía de Planck (ESA).
La composición del Universo antes y después de Planck (ESA).

Eso sí, no hay grandes sorpresas: nada de una cuarta especie de neutrinos ni otros resultados exóticos por el estilo. Podemos decir que Planck ha confirmado los resultados obtenidos por el observatorio WMAP de la NASA, hasta hoy nuestra principal fuente de conocimiento sobre el CMB. Cómo podemos extraer toda esta información del fondo cósmico de microondas es uno de los grandes logros de la cosmología moderna. El CMB es la radiación emitida cuando el Universo se hizo transparente unos 380.000 años después del Big Bang al formarse los primeros átomos, una radiación que se halla hoy en día en la región de microondas por culpa de la expansión del Universo. En principio, el CMB aparece homogéneo e isótropo -correspondiente a la emisión de un cuerpo negro con una temperatura de unos 3 K-, pero un análisis más detallado revela minúsculas diferencias de temperaturas. En su momento, el descubrimiento de estas anisotropías constituyó toda una vindicación del modelo inflacionario del Big Bang, que preveía su existencia.

Comparativa entre los datos de Planck y WMAP (ESA).

Peor lo interesante vino después. Si representamos las fluctuaciones de temperatura del CMB en función de su tamaño angular -el área que ocupan en el cielo- obtenemos una curva sinuosa llamada espectro de potencias. Analizando la diferente altura y disposición de los picos y valles de este espectro podremos averiguar la edad del Universo, su ritmo de expansión y la cantidad de materia oscura, materia normal y energía oscura que lo forman. El resultado es el llamado modelo estándar de la cosmología o ΛCDM (Λ por la letra lambda que representa energía oscura y CDM por Cold Dark Matter, ‘materia oscura fría’). O lo que es lo mismo, el Universo posee -además de la materia normal de la que estamos hechos tú, yo y las estrellas- materia y energía oscuras. El fondo cósmico de microondas es la etiqueta de fábrica con las especificaciones del Universo y el que hayamos sido capaces de leerla es uno de los mayores logros de nuestra civilización.

Espectro angular de potencias de Planck (ESA).
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Después de trabajar con los datos obtenidos por Planck durante 15,5 meses, los científicos de la misión han sido capaces de obtener el mapa más detallado que tenemos del fondo cósmico de microondas tras retirar cuidadosamente la ‘contaminación’ proveniente del material interestelar de nuestra Galaxia y de otras fuentes extragalácticas. El mapa de Planck se corresponde muy bien con el modelo estándar a pequeñas y medias escalas, pero a grandes escalas la cosa cambia. Aunque los datos de WMAP ya lo dejaban entrever, los resultados de Planck demuestran que la distribución de fluctuaciones primordiales no es la misma a todas las escalas, sino que éstas poseen más estructura a escalas más grandes.

En concreto, llama la atención la confirmación de la existencia de una zona del CMB con una temperatura muy inferior a la media y, especialmente, la presencia del llamado ‘Eje del Mal’ (Axis of Evil). Ambas estructuras aparecían en los datos del WMAP, pero se pensaba que eran no cosmológicas, es decir, que eran debidas a las emisiones de cuerpos en primer plano (al fin y al cabo, la cercanía del Eje a la eclíptica es muy sospechosa). El que estas estructuras aparezcan de forma aún más clara en los datos de Planck parecen confirmar su origen cosmológico, lo que resulta toda una sorpresa después de que estudios recientes descartasen su existencia (Francis Villatoro lo explica en esta entrada). Que el modelo estándar sea capaz de explicar estas anomalías está aún por ver, aunque los modelos Bianchi del Universo podrían ser una solución. Si el modelo estándar no logra dar una explicación satisfactoria, estaríamos ante terreno abonado para la aparición de ‘nueva física’.

Las anisotropías a gran escala podrían ser un quebradero de cabeza (ESA).
El ‘Eje del Mal’ (ESA).

Planck fue lanzado el 14 de mayo 2009 junto al telescopio Herschel y posteriormente se situó en el punto Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol. Ha observado el cielo mediante 74 detectores agrupados en dos instrumentos, el LFI (Low Frequency Instrument, que cubre las frecuencias de 30 a 70 GHz) y el HFI (High Frequency Instrument, de 100-857 GHz). Para poder observar el cielo en microondas, los detectores del HFI estaban refrigerados a la increíble temperatura de –273,15°C, una décima de grado por encima del cero absoluto. Planck ha realizado un mapa del cielo completo una vez cada seis meses. La primera imagen del cielo obtenida por Planck se hizo pública en 2010 y los primeros datos científicos (principalmente relacionados con el medio interestelar e intergaláctico) se conocieron en 2011. HFI completó sus observaciones en enero de 2012 después de agotarse el helio líquido, mientras que LFI (a 20 K) sigue activo. Planck seguirá en funcionamiento hasta septiembre u octubre de este año, aunque se espera que los datos obtenidos no cambien significativamente los resultados publicados hoy.

Lejos de ser el final de la historia, la publicación del mapa del fondo cósmico de microondas de Planck es un punto de partida. Los datos serán ahora analizados, diseccionados y despedazados hasta la saciedad por miles de físicos y cosmólogos de todo el mundo ansiosos por desvelar los misterios del Universo. Los resultados hechos públicos hoy corresponden a los primeros 15,5 meses de observación, pero en 2014 se conocerán los datos definitivos correspondientes a las observaciones llevadas a cabo hasta 2012. Además, todavía están pendientes los resultados de Planck sobre la polarización del CMB y los Modos B, campos donde podría haber alguna que otra sorpresa. Lo bueno empieza ahora.

Vídeo sobre los resultados de Planck:

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15 Comentarios

    1. La materia oscura es un invento, se necesita para explicar la rotación de las Galaxias, pero en el Sistema Solar, en donde tambien deberia existir, no es en absoluto necesaria para explicar los movimientos de cualquier objeto(planeta, satélite,etc) y por ejemplo con los datos dela Red DSN , que sigue con extrema precisión el movimiento de las sondas, se determinan masas de planetas y satélites ¿En donde está ese elevado % de masa oscura en el borde de nuestra galaxia, en donde estamos nosotros ?.. En realidad son «apaños» de la Física hasta que se encuentre la solución verdadera.

  1. Ya que se ajustó la edad del Universo es probable que también se ajuste su diámetro y de la parte observable.

    Yo creo que se encontrará una explicación a la supuesta «materia oscura» y su contraparte de energía. No me acuerdo cuál científico dijo que es muy probable que hayamos interpretado mal la Gravedad.

  2. esta buena la informacion pero al inicio del blog se encuentra una confuncion entre energia y materia oscura .. podrias subir su exite alguna mision o algun experimento para investigar a fondo sobre este tema ..

    1. Para que se pueda entender mejor, dejaré como ejemplo la «transparencia» del Sol.

      Como todos sabemos, nuestro astro rey produce toda clase de energías electromagnética (radio, infrarrojos lejanos y cercanos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma). Todo esto es producido en el centro de la estrella. Ahora bien, la concentración de materia en ese lugar es muy alta. Se ha calculado que la densidad es de unos 162200 Kg/m3 (162 toneladas por metro cúbico). La densidad promedio de la Tierra es de unos 5,5 toneladas por metro cúbico.

      Cuando un fotón es generado en el centro del Sol tiene que luchar contra esa densidad tan alta, rebotando, ser absorbido y reabsorbido. Se ha calculado que desde que nace un fotón hasta que sale a la superficie del Sol pasan unos 25 mil años. Una vez que sale a la superficie tarda unos 8 minutos en llegar a nuestro planeta Tierra.

      Si aplicamos ese mismo esquema al Universo, tenemos que durante su nacimiento era imposible que cualquier fotón pudiera escapar debido a las altísimas densidades. Tanto es así que se cree que esos fotones tardaron unos 380 mil años en escapar y dejar la «huella» en el fondo cósmico. A partir de aquí comienza lo que se denomina Universo «transparente». Todavía hay muchos fotones tan antiguos como el propio Universo. La luz de los más lejanos Cuasares tienen más de 13 mil millones de años viajando hacia nosotros. Los átomos de nuestros cuerpos están hecho de partículas que fueron creadas durante el Big Bang. De modo que somos materia «Vintage».

    2. Una corrección, la nucleosíntesis de elementos ocurre en el interior de las estrellas y durante las supernovas (el núcleo mas estable es Fe-56): el hidrógeno y helio del big-bang se denominan «primordiales». en definitiva, solo
      el hidrógeno de nuestro cuerpo tiene origen en el Big-Bang.

    3. Cierto anónimo. Hay datos y pruebas muy convincentes de que los átomos livianos fueron creados en el Big Bang. Los elementos más pesados que el He (Berilio en adelante) fueron creados durante las explosiones de las primeras supernovas. Los elementos mucho más pesados posiblemente fueron creados en cataclismos estelares (choque de estrellas de neutrones o estas con agujeros negros). En definitiva, hay suficientes pruebas de que los elementos pesados son de origen mucho después del inicio del Universo.

      Por eso hice notar sobre las partículas de los átomos de nuestro cuerpo: son las mismas (Quarks y Gluones) para todos los elementos y sus correspondientes antielementos. Estas partículas fueron la base de la «sopa primigenia» al comienzo de todo.
      Saludos!

  3. Estos resultados son terrenos muy resbaladizos;la anisotropia de la radiacion de fondo detectada por el COBE ( G.F. Smoot et al, Preliminary Results from the COBE Differential Microwave Radiometers -Large Angular Scale Isotropy of the Cosmic Microwave Background, Astro. J., Part 2 – Letters371, April 10, L1-L5(1991)mostraba un «movimiento absoluto» del satélite ( y por tanto del Sistema solar) de unos 365Km/s en direccion Leo, lo cual llevó a reinterpretar los experimentos clásicos de Michelson http://arxiv.org/pdf/physics/0205070.pdf) y teniendo encuenta el indice de refraccion del
    aire se obtenian unos 369 km/s de velocidad absoluta .
    Segun la nueva visión si existiria un sistema de referncia absoluto (el que ocupa la radiación cósmica de fondo ) en el cual serían válidas las ecuaciones relativistas de la gravitación( comprobadas con bastante precisión por Gravity Probe y observacion de rotación de pulsars ) . De las «irregularidades» de la Radiación de Fondo se pueden deducir cosas, pero la imaginación va muy por delante y lo de la materia oscura no llega ni a «brotes verdes «.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 21 marzo, 2013
Categoría(s): ✓ Astronomía • Cosmología • ESA • Física • sondasesp