NeoFronteras

Más allá de Planck

Área: Espacio — jueves, 21 de mayo de 2009

Los cosmólogos ya piensan cómo estudiar el fondo cósmico de radiación una vez que el satélite haya extraído esencialmente toda la información disponible.

Foto
Dibujo del Planck. Foto: ESA.

La diferencia entre la Cosmología y la Paleontología, ambas ciencias históricas, es que en el primer caso sí se puede observar directamente cómo era el Universo hace miles de millones de años.
Podemos, por ejemplo, mirar al fondo cósmico de radiación, que nos muestra cómo era el Universo cuando se hizo transparente por primera vez, unos 380.000 años después del Big Bang. Desde que esta radiación fuera descubierta en los años sesenta se ha venido estudiando para así extraer información fundamental de cómo era el Universo primitivo, cuando no había galaxias, ni estrellas, ni mucho menos planetas, pero que determinaría el futuro de todos esos objetos.
Ya el satélite COBE nos dijo algunas cosas sobre él, así como su sucesor WMAP, que nos ha proporcionado mucha información. Ahora el satélite europeo Planck, lanzado hace unos días, lo estudiará con una precisión sin precedentes.
Sin duda podremos saber muchas cosas sobre el Universo y su origen con Planck, quizás asegurarnos de que existió una inflación cósmica, comprobar si el Universo tiene o no una topología toroidal, si es tan homogéneo como creemos o si podemos atisbar el borde de otro Universo. Todavía no lo sabemos, pero en todo caso llegará un día en que la cantidad de información que extraigamos del fondo cósmico estudiando sólo las diferencias de temperatura entre las distintas direcciones de observación, como se ha hecho hasta ahora, será cada vez menos importante.
Por eso los cosmólogos ya están planeando qué observar una vez que Planck cumpla con su trabajo y sugieren que hay un aspecto de esta radiación que no ha sido explorado aún: su espectro.
Paradójicamente observar espectros de objetos astronómicos es la tarea más habitual de los astrofísicos, pues proporciona datos de los objetos astronómicos acerca de su composición, movimiento, campo magnético, temperatura, presión, etc.
Rashid Sunyaev, del Instituto Max Planck, afirmó en el pasado congreso de la Sociedad Americana de Astronómica que se podría igualmente extraer información relevante del espectro del fondo cósmico de radiación.
En la visión tradicional se asume que los fotones del fondo cósmico de radiación se produjeron en los momentos más tempranos del Big Bang. Fueron dispersados por los electrones y protones del plasma primordial hasta que se vieron libres una vez se produjo la recombinación, es decir, la transformación del plasma que pasó a estar compuesto por átomos neutros al enfriarse lo suficiente. Después, debido a la expansión cosmológica, sus longitudes de onda fueron alargadas hasta la gama de microondas.
Pero no fue así exactamente. Además de fotones primordiales debe de haber otros. A los protones les costó un tiempo atrapar a los electrones y la recombinación no fue instantánea. Los átomos se formaban pero para que llegaran al estado fundamental debían de emitir su exceso de energía en forma de fotones. Para complicar más las cosas un fotón emitido por un átomo podía ser absorbido por otro y llevarlo a un estado excitado. Lo que al final evitó este conflicto fue precisamente la expansión cósmica, que favoreció la formación de átomos en lugar de su construcción y destrucción continua al correr al rojo los fotones que había o se emitían. Los 380.000 años después del Big Bang en el que se produjo la recombinación es casi un convenio. La recombinación necesitó de un par de millones de años para completarse.
Pero en el Universo primitivo no sólo había hidrógeno, sino que también había helio. Como el núcleo de helio tiene el doble de carga eléctrica tiende a atrapar electrones más rápidamente que el hidrógeno. En sólo 15.000 años un átomo promedio de helio atraparía el primer electrón y en 100.000 el segundo. El helio evitaría antes los problemas de recombinación y reionización del hidrógeno. Incluso el hidrógeno actuaría de moderador impidiendo que los fotones emitidos por átomos de helio fueran absorbidos por otros átomos de helio. Por tanto el helio se formaría mucho antes.
Los fotones emitidos por el hidrógeno y el helio añadieron “huellas” espectrales acerca de la composición de la sopa primordial. Midiendo el número de fotones emitidos por el helio se podría saber exactamente la proporción exacta de este elemento que fue sintetizado en el Big Bang. Parámetro que ahora se debe de extrapolar a partir de la composición de las estrellas, pero las estrellas han estado transformando hidrógeno en helio desde entonces.
Además, los fotones del helio proceden de una época anterior a la liberación del fondo cósmico de microondas. Según Sunyaev quizás mantengan información acerca de la estampida de procesos que ahora están ocultos a nosotros, como por ejemplo el decaimiento de partículas exóticas.
El problema es que os fotones del helio están presentes en una proporción de uno en mil millones respecto a los fotones primordiales. Afortunadamente estos fotones deben de estar concentrados a determinadas frecuencias en el espectro. Sunyaev y Jens Chluba proponen el diseño y lanzamiento de una nueva misión para estudiar estos fotones mediante técnicas espectrales. Algo que la misión Planck no hará.
En cierto modo la historia de la Cosmología se repite a sí misma. Durante décadas las medidas espaciales del fondo de microondas parecían indicar que éste era totalmente uniforme hasta que algunos cosmólogos registraron fluctuaciones espaciales en el mismo. Ahora las medidas espectrales parecen uniformes, pero quizás no lo sean. Una vez que los cosmólogos vean fluctuaciones espectrales se obtendrá un alud de nueva información sobre el Universo temprano.

Fuentes y referencias:
Noticia en Scientific American.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
Compartir »

3 Comentarios

  1. Tritio:

    Buenos días.
    Y me pregunto yo… ¿no podrían calibrar de alguna manera el espectofotómetro del Planck para detectar esos fotones de Helio?
    U obtener información acerca de ellos estudiando las lecturas en dichas “zonas de concentración” con los instrumentos de los que disponen. (Aunque supongo que ellos ya habrán valorado estas alternativas)
    Saludos.

  2. lluís:

    Pues con todos los datos que pueda suministrar el satélite “Planck”, quizás finalmente se pueda tener una teoría de condiciones iniciales que nos permitan, elaborar una “teoría del todo”.

  3. NeoFronteras:

    Pues por muchas cosas que mida Planck difícilmente podrá establecer las condiciones iniciales del Universo. Si es verdad que hubo un periodo de inflación quizás parte de la información se perdió para siempre. Por otra parte el fondo cósmico que vemos tiene 380.000 años más o menos y no podemos ver, de momento, más atrás. Los neutrinos se desacoplaron antes y quizás algún día nos digan algo más. Lo mismo se puede decir de las ondas gravitacionales.
    Los datos, eso sí, quizás permitan descartar aspectos de alguna de esas teorías del “todo”.

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.