Continuando con este excelente artículo
Ricardo Génova Santos
09-07-2009
Durante los últimos quince años, varios grupos de investigación en todo el mundo han puesto en funcionamiento diversos experimentos dedicados al estudio de las anisotropías del Fondo Cósmico de Microondas (CMB, en sus siglas en inglés), que son pequeñas variaciones en su temperatura, del orden de 0.00001 ºC, entre diversas posiciones.
La mayor parte de estas medidas se han realizado desde tierra y con globos estratosféricos, y en dos casos desde el espacio, con los satélites COBE (Cosmic Microwave Explorer, Explorador de Fondo Cósmico) y posteriormente WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, Sonda de las Anisotropías Microondas Wilkinson), ambos de la NASA.
La ESA ha desarrollado el satélite Planck, cuyo lanzamiento tuvo lugar precisamente el día anterior a la redacción de este artículo, el 14 de mayo de 2009. Este satélite realizará observaciones de todo el cielo durante dos años y producirá mapas del CMB con una sensibilidad y resolución angular sin precedentes. También en el Observatorio del Teide en Tenerife se han instalado varios experimentos para su estudio, entre ellos el hispano-británico VSA (Very Small Array, una red interferométrica), que finalizó sus observaciones en el mes de septiembre de 2008.
Las mismas fluctuaciones en la densidad de la materia en la “superficie de última dispersión” (la región donde se produjo la separación entre radiación y materia) que crearon las fluctuaciones de temperatura observadas en la radiación del CMB, habrían provocado también su polarización. Una onda de luz se encuentra polarizada cuando la variación de su amplitud en el plano perpendicular a su dirección de propagación se produce en una dirección preferencial. Si las hipótesis acerca de cómo se generaron las fluctuaciones de temperatura son ciertas (y parece que lo son pues las observaciones concuerdan con la teoría), entonces la radiación del CMB debe presentar cierto grado de polarización.
El patrón de polarización del CMB puede ser separado en dos importantes componentes, denominados “modos-E” o “modos eléctricos” y “modos-B” o “modos magnéticos”, respectivamente. De los dos tipos de perturbaciones resultado de la fase de inflación del Universo, las escalares habrían generado modos eléctricos únicamente, mientras que las perturbaciones tensoriales (es decir, el fondo de ondas gravitacionales) habrían generado tanto modos eléctricos como modos magnéticos. Por ello, el estudio de la polarización del CMB es especialmente importante, dado que la identificación de modos magnéticos significaría una detección indirecta de las ondas gravitacionales en el Universo primordial. Además, el estudio de estos modos magnéticos y la determinación de su intensidad, permitiría extraer importante información sobre las características físicas de la inflación.
Sin embargo, hay diversos factores que dificultan la detección de la polarización del CMB. Por un lado, su grado esperado de polarización es del orden del 10% con lo que, mientras que las fluctuaciones típicas de temperatura son del 0,00001%, en la polarización se esperan fluctuaciones más pequeñas, del orden de 0,000001%. Por ello, las medidas de polarización requieren detectores considerablemente más sensibles. Para hacer su detección todavía más difícil, algunas fuentes de emisión galáctica, así como las fuentes puntuales extragalácticas, contaminan las medidas al presentar cierto grado de polarización. Por ello es importante su estudio y caracterización. Por otro lado, la detección de los modos magnéticos es aún más complicada que la de los modos eléctricos porque son de menor intensidad, y porque hay algunos mecanismos, como el efecto lente gravitatoria y la presencia de campos magnéticos en el Universo primordial, que pueden transformar parte de la señal de los modos eléctricos en modos magnéticos, lo cual añade un contaminante adicional sobre la señal de modos magnéticos que se pretende encontrar.
Por todos estos motivos, mientras que el estudio de las fluctuaciones de temperatura ha sido ampliamente desarrollado, el estudio de la polarización del CMB se encuentra aún en sus albores, en un estado similar a como se encontraban las medidas de las fluctuaciones de temperatura hace unos diez años. Las medidas de polarización realizadas hasta el momento son aún escasas y ruidosas. El satélite Planck realizará medidas sobre todo el cielo con una precisión y resolución angular que de alguna manera cerrarán este campo.
El experimento DASI fue el primero en detectar la polarización del CMB, en forma de modos eléctricos en el año 2002. Aunque la sensibilidad de las medidas de éste y otros experimentos es aún mucho menor que las de temperatura, su acuerdo con las predicciones teóricas es excelente. Sin embargo, debido a la limitada sensibilidad de los experimentos actuales, los modos magnéticos aún no han sido detectados. Sólo experimentos como WMAP han sido capaces de establecer cotas superiores, es decir, han llegado a un nivel de sensibilidad determinado y no han detectado los modos magnéticos, de lo que se deduce que si existen tienen que tener una amplitud menor que ese nivel de sensibilidad.
Motivados por la enorme importancia que supondría detectar los modos magnéticos, y con el objetivo de reducir las cotas superiores anteriores, en la actualidad se están desarrollando diversos experimentos dedicados exclusivamente a la medida de la polarización del CMB. Entre ellos se encuentra QUIJOTE-CMB (Q-U-I Joint Tenerife – Cosmic Microwave Background), un proyecto liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias. Se trata de una colaboración científica en la que también participan el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), las universidades de Cantabria, Manchester y Cambridge y la compañía IDOM.
Este experimento, que operará desde el Observatorio del Teide (Tenerife) a partir de este año, estará dedicado al estudio de la polarización del CMB y de sus contaminantes, y realizará observaciones en varias longitudes de onda con una resolución angular de un grado. Consiste en dos telescopios independientes (ver multimedia), el primero de los cuales ya se encuentra en los talleres del IAC, donde está siendo sometido a distintos tipos de pruebas, y será instalado este verano en el observatorio. Consta de un espejo primario de 3 m y de un espejo secundario de 2,6 m de diámetro, y todo el sistema se encuentra rodeado de una estructura que apantalla la radiación procedente del suelo y protege del viento. El segundo telescopio aún carece de financiación.
Cada proyecto dedicado al estudio de la Radiación de Fondo Cósmico Microondas busca un mejor conocimiento sobre el origen, la evolución y la estructura del Universo. La tarea es ingente, y dificultada por fuentes de emisión en microondas procedentes de la Galaxia que contaminan la información que llega del CMB. Quijote-CMB, de nombre evocador, pretende escudriñar la polarización de esta radiación. Como el Caballero de la Triste Figura, se enfrentará, sin desfallecer, a sus propios gigantes ¿pues hay algo más gigantesco que la comprensión del comienzo de todo lo que conocemos?
Ricardo Génova Santos es Doctor en Astrofísica e investigador posdoctoral del proyecto Quijote en el Instituto de Astrofísica de Canarias.
Fuente: http://www.caosyciencia.com/ideas/articulo.php?id=090709
Salu2 a Tod@s y Feliz cumpleaños a Ligia Duarte quien recientemente estuvo de cumpleaños
Mr. Moon
La vida es un 10% como viene y un 90% como la tomamos
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