NeoFronteras

El mejor mapa del universo primitivo hasta el momento

Área: Espacio — jueves, 21 de marzo de 2013

El mapa del Universo primitivo, reconstruido a partir de los datos del fondo cósmico de microondas tomados por la misión Planck, nos habla de un universo casi perfecto, pero no del todo.

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El equipo de la misión Planck ha liberado por fin el mapa que, hasta el momento, constituye la representación más precisa del universo primitivo.
Como ya todos sabemos, el Universo se hizo transparente por primera vez unos 370.000 años tras el Big Bang y la luz pudo por fin viajar grandes distancias sin que fuera absorbida por el plasma primordial.
Esa luz, corrida hacia el rojo por culpa de la expansión cosmológica, constituye lo que llamamos fondo cósmico de microondas (FCM). Este fondo de radiación fue descubierto en los años sesenta, pero hasta hace poco no había mapas precisos de él. El primer mapa que se pudo levantar se consiguió gracias a la misión COBE. Después vino el mapa levantado por WMAP. Estos nuevos resultados que se acaban de hacer públicos constituyen el mapa más preciso hasta el momento que tenemos del universo primitivo.
Cuando contemplamos el fondo cósmico del microondas vemos cómo era el Universo 370.000 años después del Big Bang, pues el origen de esta radiación está justo en el borde del universo visible. No podemos ver más allá con radiación electromagnética, pues antes los fotones no se habían desacoplado de la materia. Es curioso que podamos ver el borde del universo visible y el universo cercano, pero que entre medias todavía no tengamos aún tecnología para ver gran cosa, a excepción de las imágenes deep del Hubble.
Este tipo de mapas son muy importantes para los cosmólogos, pues permiten poner a prueba las distintas teorías cosmológicas. Como se puede ver en la imagen, el universo primitivo tenía cierta textura. Si hubiese sido completamente homogéneo no hubiera habido irregularidades sobre las que la gravedad pudiera trabajar y no habría ni galaxias ni estrellas ni nada, sólo átomos de hidrógeno y helio más o menos equidistantes.
Por otro lado, el Universo parece ser bastante homogéneo e isótropo, por lo que tuvo que haber algún mecanismo que lo homogeneizara. Los modelos que inflación explican eso. Según estos modelos, en las primeras fracciones infinitesimales de tiempo tras el Big Bang, el Universo experimento un aumento en tamaño en muchos órdenes de magnitud. Como nuestro universo visible procede de una parte muy pequeña e inflada de ese universo primordial, su homogeneidad está garantizada.
A la vez, la inflación aumentó las fluctuaciones cuánticas hasta un tamaño tal que introducen la inhomogeneidad justa como para tener galaxias y otras estructuras. Esto se tradujo en oscilaciones acústicas que dieron lugar zonas más fría o más cálidas, zonas que son representadas por un código de colores (en falso color) en la foto.
La misión Planck de la ESA, lanzada en 2009, ha podido obtener un mapa mucho más preciso que el que obtuvo la misión de WMAP de la NASA, lo que ha permitido recalcular algunos parámetros con mayor precisión. Ambas misiones se basan en colocar un pequeño radiotelescopio muy preciso fuera de la Tierra enfriado hasta cerca del cero absoluto de temperatura. El mapa de Planck que se ha publicado ahora ha sido reconstruido a partir de los datos de los primeros 15 meses y medio de toma de datos.
Entre los nuevos parámetros que se han podido recalcular esta la constante de Hubble que ahora vale 67,3 kilómetros por segundos por Megaparsec. Lo que significa que el Universo es 80 millones de años más viejo que lo calculado por WMAP. Es decir, tiene 13.820 millones de años.
Además la materia oscura constituye un 26,8% y la materia ordinaria un 4,9% del total de masa-energía del Universo, mientras que la energía oscura constituye un 68,3% del Universo. Estos números son mayores para los dos primeros y menor para el tercer caso comparados con los cálculos a partir de los datos de WMAP.

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Anisotropía y zona fría. Fuente: ESA.

Los datos sugieren además que los modelos más simples de inflación son los que funcionan, porque las fluctuaciones están distribuidas de una manera bastante aleatoria.
Sin embargo, los nuevos resultados confirman un par de cosas raras que se habían encontrado anteriormente. Hay una asimetría entre hemisferios opuestos, lo que define una dirección privilegiada en el Cosmos. Parece que finalmente el Universo no es perfectamente simétrico. Además, hay una región más fría que el resto que cubre cierto área. Esto elimina algunos modelos de inflación, pero no la idea de inflación en sí misma.
El problema es que para poder ver el FCM hay que restar las señales que hay entre medias y que producen ruido, principalmente la de nuestra galaxia. Puede que al filtrar mejor desaparezcan estas anomalías.
Pero de momento hay que esperar aún más. El equipo de Plank planea liberar más datos en 2014.
Ahora no se han publicado datos sobre la polarización del FCM, pues al parecer todavía no han conseguido este tipo de datos por culpa de que el efecto del polvo interestelar es mayor de lo esperado. Es una pena, pues la polarización permitiría validar mejor distintos modelos cosmológicos. Tampoco se han presentado datos sobre los modos B. Así que habrá que esperar a 2014 para todo eso. Mientras tanto otros equipos de investigadores seguro que sacan jugo a lo que ya hay.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
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17 Comentarios

  1. LLuís:

    Cuanto más precisas se hacen las mediciones, más sorpresas nos deparan.Si realmente hay una dirección privilegiada, habría que ir pensando en enterrar el Principio Cosmológico, aunque quizás sea demasiado pronto para ello.También creo que la existencia de una dirección privilegiada descartaría o pondría en serios aprietos al modelo de universo fractal.

  2. tomás:

    Amigo LLuís:
    El párrafo tras la segunda ilustración, subtitulada “Anisotropía y zona fría”, destruyen el Principio Cosmológico. El Universo fractal es ilusionante, pero habré de esperar a que alguien como tú o Neo me lo confirme si es que resulta una realidad.
    Recibe un fuerte abrazo.

  3. NeoFronteras:

    Bueno, quizás la anisotropía y zona fría sean simplemente algo estadístico producto de la aleatoriedad. O es una pista sobre cómo sucedió la inflación. Habrá que esperar.
    Cierta anisotropía se puede tolerar en los modelos.
    Lo de la fractalidad es complicado verla en cualquier caso, antes y después de estos datos, que por otro lado no dicen nada realmente nuevo, sólo confirman lo que se sabía y los modelos cosmológicos más simples, al menos de momento.

  4. LLuís:

    Por otra parte, ¿Deben ir unidas “homogeneidad” e “isotropía”? ¿O bien, sería posible un universo inhomogéneo e isótropo o anisótropo y homogéneo?.Me parece un poco difícil, sino imposible.

    En cuanto a esa confirmación de la fractalidad universal, amigo tomás, puedes estar seguro de que no voy a ser yo el que la confirme.

    Mis mejores deseos, tomás.

  5. tomás:

    Pues sobre esto de lo inseparable de lo homogéneo y lo isótropo, parecen que ha de ser así. Yo suelo imaginar una masa de agua. Sus moléculas, en su estructura, no son ni homogéneas ni isótropas: diferentes átomos, una polaridad, etc. y sin embargo, la masa de agua es isótropa y es homogénea a partir de una escala menor que una simple gota si hacemos abstracción de su tensión superficial.
    Definitivamente creo que sí, que son inseparables.
    Y nada, a esperar que alguien medite sobre lo fractal de a luz algo interesante.
    Un fuerte abrazo y gracias por vuestra amabilidad, LLuís y Neo.

  6. Juan Carlos:

    Yo tengo una pregunta, quizá debida a mi ignorancia. ¿El resultado de la medición de los datos del mapa es indiferente del lugar de donde se toman? O sea, que si la sonda hubiera estado en otro lugar del universo obtendríamos la misma imagen…?

  7. tomás:

    Estimado Juan Carlos: He esperado a ver si alguno de los magníficos cerebros que por aquí pululan te contestaba con más conocimiento de causa que yo. Pero se ve que están de vacaciones, así que, aunque no pueda responderte como quisiera, sí puedo meditar contigo. Creo que eso va a depender de 1º: Su homogeneidad e isotropía y 2º de su forma; quizá su finitud o sus límites.
    Si es homogéneo e isótropo y no tiene límites -fíjate que no estoy diciendo que sea o no infinito, lo que tampoco sabemos, pero si es infinito tampoco tiene límites, así que no tener límites es más general- en ese caso el mapa es indiferente del lugar donde se tome. Si eso no sucede, si tiene límites y/o no es homogéneo e isótropo entonces la foto depende de donde se coloque la cámara.
    En espera de alguna mejor opinión, te envío un saludo.

  8. Nemo:

    Creo que la homogeneidad se refiere a la posición del punto de vista, y la isotropía a la dirección de observación.
    Debido a las pequeñas variaciones detectadas, la radiación de fondo no es totalmente isótropa. Tampoco debería ser totalmente homogénea pues, al desplazarse el centro (punto de vista), se desplaza la esfera que resulta “retratada”, dentro de un espacio tridimensional mayor. Pero las variaciones son muy pequeñas (sería bueno que se indicara en el post su proporción respecto al valor medio, siquiera en órdenes de magnitud) y, si están dentro de las fluctuaciones cuánticas originales, los resultados, aunque distintos, podrían considerarse físicamente equivalentes.

  9. Nemo:

    El rango de las variaciones, según Wiki, es de 1/10000 del valor medio. La rugosidad de la naranja es del orden de 1/100 del diámetro.

  10. Pocosé:

    Mi ignorancia en estos temas es muy grande.
    Pero en cuanto a homogeneidad y heterogeneidad, aun no hemos observado: Ni dos asteroides exactamente iguales, ni dos satélites exactamente iguales, ni dos planetas exactamente iguales, ni dos estrellas exactamente iguales, ni dos sistemas planetarios exactamente iguales, ni dos galaxias exactamente iguales, ni dos grupos galácticos exactamente iguales, ni dos distancias entre cualquiera de ellos que sean exactamente iguales. Por ultimo parece haberse observado, que la expansión no tiene los mismos valores en todas la zonas del Universo.
    Aun así, a medida que retrocedemos en el tiempo la homogeneidad parece ir increschendo. No creo descabellado suponer que la semilla de la heterogeneidad debía estar presente desde el principio.
    Quizás esto sea mas compatible con la interacción de dos singularidades desiguales, que con la “explosión” de un única singularidad.
    ¡¡Hala!!
    Perdonad la osadez que otorga una buena cantidad ignorancia, potenciada por la cálida empatía de un buen “Rivera”.
    Con el último sorbo… ¡¡Salud!!

  11. Fabián Núñez Baquero:

    No sé si lo he entendido bien, pero me parece que antes de la interacción de protones y neutrones en la creación de hidrógeno, la luz estaba “encarcelada”, el universo estaba sin luz al menos por la bicoca de unos 300 mil años “absorbida por el plasma primordial”. De ser cierta mi interpretación habría para aplaudir a los “cosmólogos” primitivos que siempre hablaron del abismo sin luz y las tinieblas primordiales en la creación del universo, el “caos” griego.

  12. tomás:

    Estimados amigos: Como corresponde a la afirmación de Nemo, me he ido a Wikipedia “Principio cosmológico” y he encontrado que se ha olvidado de un cero. Debería decir 1/100.000 para el rango de variaciones. La isotropía del Universo se refiere a cientos de megaparsecs. Como un parsec viene a ser 3 años luz -para nuestras pretensiones y en estos temas tan “grosso modo” los decimales podemos olvidarlos- y cabe hablar de un mínimo de 300 millones de al, es decir, la friolera -salvo error-, de múltiplos de tres cuatrillones de metros.
    Por otra parte, la cosa se refiere a lo que obtenemos al observar el Universo Según el artículo “… la isotropía significa que sin importar en qué dirección se esté observando, veremos las mismas propiedades del Universo. La homogeneidad quiere decir que cualquier punto del Universo luce igual y tiene las mismas propiedades que cualquier otro punto dado”. La redacción dista algo de ser buena, pero se entiende, que es lo importante. Así que no valen las objeciones de Pocosé, y menos al presumir de ignorancia. Porque si limitamos la escala a sólo un al, que no es poco -un año a toda pastilla-, no encontramos isotropía por parte alguna. Y entonces nuestro muy inteligente amigo, tiene razón, al menos para el Sistema Solar tomándolo hasta la lejana Nube de Oort, incluso para nuestra querida Vía Láctea y aun para nuestro grupo local de galaxias.
    En cuanto a las observaciones históricas de Fabián Núñez Baquero, las acertadas intuiciones de nuestros precientíficos griegos son patentes tomadas en su contexto. Un ejemplo aún más “razonado” es el del atomismo de Leucipo y Demócrito hace más de 2500 años. Esto, al ser filosofía científica -al no contar con tecnología para la experimentación- es más valioso -a mi entender- que la mitología que alguna vez, tomada con benevolencia, podía acertar de alguna forma pero que, generalmente, no daba una. Piénsese en Hades, en los ligues de Zeus, etc.
    Pues eso. Para todos un fuerte abrazo.

  13. Nemo:

    Tiene razón Tomás. Falta un cero. Lo que me lleva a preguntarme: de ser 10 veces mayores las variaciones en la radiación, qué implicación tendría en la estructura actual del universo.

  14. Pocosé:

    Estimado Tomás
    No acabo de ver claro si en tu 12 me quitas la razón o me la das. De cualquier manera carece de importancia, en mi 10 solo trataba de colar una elucubración especulativa sobre el “Principio”. Un tirón de oreas estaría siempre justificado.
    Ahora ya menos eufórico.
    Los términos isotropía y anisipropía me resultan bastante mas “duros” que los de homogeneidad y heterogeneidad.
    Si nos referimos a las leyes que regulan las interacciones de la materias, las energizas, el espacio y el tiempo, la homogeneidad hasta ahora es evidente, tanto a nivel cuántico, como a nivel relativista.
    En cuanto la homogeneidad, en, el universo, podríamos seguir con los grupos galácticos mas próximos al nuestro también todos diferentes, con los sectores mas mas vacíos entre ellos,(En Experientia Docet leemos: “La intuición nos dice que si una curvatura positiva tiene un efecto, en este caso el que la galaxia que está detrás aparezca más brillante, una curvatura negativa debería tener el efecto contrario, esto es, la luz de la galaxia debería aparecer más débil. Pues es posible que no sea así. Nuevos cálculos de un grupo de investigadores encabezado por 1rysztof Bolejko, de la Universidad de Sydney (Australia), y publicados en Physical Review Letters dicen que los vacíos podrían hacer que los objetos de fondo aparezcan mucho más brillantes de lo que realmente son.
    Los investigadores han llegado a sus conclusiones teniendo en consideración un efecto que se solía despreciar en estos cálculos: el efecto Doppler relativista. Este efecto es importante porque los vacíos se expanden más rápido que el conjunto del universo. Este desplazamiento al rojo adicional lleva a sobrestimar la distancia a los objetos que están cerca del lado lejano del vacío, por lo que aparecen más brillantes (no confundamos brillo con luminosidad) de lo que realmente son.”)y con el Universo primitivo, mas de lo mismo,(Aquí mismo leemos:”Sin embargo, los nuevos resultados confirman un par de cosas raras que se habían encontrado anteriormente. Hay una asimetría entre hemisferios opuestos, lo que define una dirección privilegiada en el Cosmos. Parece que finalmente el Universo no es perfectamente simétrico. Además, hay una región más fría que el resto que cubre cierto área.”
    Un Abrazo.

    1rysztof 1=K

  15. NeoFronteras:

    Si el Universo es isótropo entonces tiene el mismo aspecto en todas las direcciones en las que se mire.
    Si el Universo es homogéneo entonces es igual en todas las partes que se consideren.

    El problema es a qué llamamos “mismo aspecto” o “igual”. Siempre hay que poner un umbral. Tampoco pasa nada porque el Universo sea “imperfecto”.

  16. NeoFronteras:

    El problema es que los chicos de Planck dan la información con cuentagotas y esta vez sólo han soltado parte de los datos (y publicado más de 20 artículos para tener todo atadito).
    Esperar otro año para el resto de los datos es un poco injusto. Si necesitan más becarios que los soliciten. Porque los datos ya los tienen.

  17. tomás:

    Querido Pocosé:
    ¿Quien soy yo para darte o quitarte la razón? Dejémoslo en que pongo objeciones a esa presunción tuya de ignorancia. Además en eso me haces competencia injusta. ¡Y hasta te pones serio! Me gustó tu 10 y tu alegría.

    Respecto al que si isotropía o no y homogeneidad o no, quizá podamos acertar si nos atrevemos a decir que a gran escala puede ser isótropo y homogéneo, pero a cualquier otra escala menor y sobre todo a la medida del hombre, -del que Protágoras dijo ser medida de todas las cosas- es anisótropo y heterogéneo.

    Un fuerte abrazo, creo que con razón.

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