Viernes 15 de noviembre de 2019, 14:57 (TU)

Materia oscura y neutrinos primordiales: Presentaron los resultados de la misión Planck

Los científicos de la misión Planck, administrada por la agencia espacial francesa CNES y varias universidades de ese país, presentaron los resultados de los cuatro años de datos provistos por el satélite en una conferencia realizada en Ferrara, Italia.

Entre 2009 y 2013, el telescopio espacial de la ESA (Agencia Espacial Europea) completó más de 1500 días de observaciones de la radiación residual del Big Bang, conocida como fondo cósmico de microondas. Esta radiación pudo ser medida con alta precisión en todas direcciones, con el fin de producir la imagen global más detallada del firmamento a partir de la luz más antigua del Universo.

Representación artística del satélite Planck en el espacio. Créditos: ESA / Planck Collaboration.
Representación artística del satélite Planck en el espacio. Créditos: ESA / Planck Collaboration.

El satélite Planck fue diseñado para medir tanto la intensidad como la polarización de la radiación proveniente del fondo cósmico de microondas. Esta luz puede describirse como la superposición de un campo eléctrico y de un campo magnético, que oscilan en direcciones perpendiculares entre sí y con respecto a su dirección de propagación. Normalmente estos dos campos pueden oscilar en cualquier orientación, pero si lo hacen en una dirección en particular, se dice que la luz está polarizada. Al estudiar la polarización de la luz emitida por las estrellas, el gas y el polvo interestelar, los astrónomos pueden deducir los procesos físicos que la provocaron, revelando la existencia y las propiedades de los campos magnéticos que esa radiación atravesó hasta llegar a nosotros.

En 2013, los científicos ya habían presentado un mapa de las variaciones en la intensidad de la radiación del fondo cósmico de microondas, mostrando con una definición sin precedentes la distribución de la materia unos 380.000 años después del Big Bang. Ahora, gracias a las mediciones de la polarización de esa radiación en cuatro frecuencias distintas, los datos obtenidos por Planck permiten analizar los movimientos de esa materia, haciendo que nuestra visión del Universo primitivo sea mucho más dinámica. La calidad de esas mediciones, además, permitió comprobar diversos aspectos del Modelo Estándar cosmológico, y en particular los relacionados con la materia oscura y los neutrinos.

Nuevos límites a los modelos cosmológicos de la materia oscura

La certeza sobre la existencia de la materia oscura se ha ido fortaleciendo en los últimos años, pero la naturaleza de las partículas que la conforman sigue siendo desconocida. Las observaciones de la misión Planck permitieron confirmar que la materia oscura conforma el 26% del Universo. Los científicos tienen numerosas hipótesis al respecto, y en la actualidad intentan descartar posibilidades, por ejemplo, al observar los efectos de la materia oscura sobre la materia y la luz ordinaria. En este sentido, las mediciones hechas por Planck demostraron que no es necesario apelar a la existencia de un fuerte proceso de aniquilación de materia y antimateria oscura para explicar la dinámica del Universo primitivo. Semejante evento debería haber producido energía suficiente para influir en la evolución de la luz y la materia alrededor del momento en que la radiación residual del Big Bang fue emitida. Las observaciones de Planck, no obstante, no encontraron evidencia alguna de que esto haya ocurrido, descartando por completo toda una serie de modelos que explicaban la materia oscura teniendo en cuenta ese proceso.

Los resultados obtenidos por el satélite de la ESA resultan aun más interesantes cuando se los compara con las mediciones de otros proyectos. Los satélites Fermi y PAMELA, al igual que el experimento AMS-02 a bordo de la Estación Espacial Internacional, han detectado un exceso de rayos cósmicos que podría ser interpretado como una consecuencia de la aniquilación de materia y antimateria oscura en los primeros instantes del Universo. Sin embargo, a partir de las observaciones de alta precisión de la misión Planck, los científicos deberán encontrar y confirmar una explicación alternativa para estos resultados, como por ejemplo, la radiación proveniente de púlsares no detectados.

View this post on Instagram

Entre 2009 y 2013, el telescopio espacial Planck realizó mediciones de la radiación residual del Big Bang, conocida como fondo cósmico de microondas. Esta imagen, obtenida en una longitud de onda de 353 GHz por el experimento Low Frequency Instrument (LFI, o instrumento de baja frecuencia, por sus siglas en inglés) a bordo del satélite, muestra la luz polarizada emitida a lo largo de un área del firmamento de 30 grados cuadrados. Los colores corresponden a la intensidad de la emisión térmica del polvo, y los relieves muestran la interacción con el campo magnético de nuestra galaxia. Algunas de las propiedades de la luz son invisibles al ojo humano. Una de ellas, la polarización, almacena una gran cantidad de información sobre lo que ocurrió a lo largo de la trayectoria de un rayo de luz cualquiera. En el espacio, la luz emitida por las estrellas, el gas y el polvo interestelar también puede estar polarizada. Al estudiar esta propiedad de su radiación, los astrónomos pueden deducir los procesos físicos que la provocaron, revelando la existencia y las propiedades de los campos magnéticos que el rayo de luz atravesó hasta llegar a nosotros. Créditos: ESA/Planck Collaboration, Marc-Antoine Miville-Deschenes. #planck #astronomia #astronomy #espacio #space #ciencia #science #cosmos #cosmosennatgeo #universo #universe #nofilter

A post shared by Astronomía Online (@astronomiaon) on

Detección indirecta de los primeros neutrinos del Universo

Los resultados de la misión Planck también permitieron obtener información sobre los neutrinos, partículas «fantasmas» que a pesar de ser producidas en abundancia, como por ejemplo en el Sol, pueden atravesar nuestro planeta casi sin interactuar con la materia, lo que las hace sumamente difíciles de detectar. Si bien resulta imposible observar en forma directa los primeros neutrinos emitidos por el Universo, Planck detectó de manera contundente los efectos de estas partículas en la radiación de fondo cósmico de microondas.

Los neutrinos primordiales detectados por Planck fueron emitidos alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando el Universo todavía era opaco a la luz pero transparente a estas partículas, capaces de escapar con facilidad de entornos opacos a los fotones, como el núcleo del Sol. Unos 380.000 años más tarde, cuando la radiación residual del Big Bang finalmente pudo transmitirse a través del Universo, evidenció claramente la presencia de neutrinos, ya que los fotones tuvieron una interacción gravitacional con esas partículas. Al observar los fotones más antiguos del Universo, Planck pudo confirmar las propiedades de esos neutrinos, declarando un límite superior para la suma de las masas de los tres tipos de neutrinos conocidos. Además, los datos permitieron descartar la existencia de un cuarto tipo de neutrino, denominado estéril, presente en algunos modelos cosmológicos alternativos.

Ondas gravitacionales primordiales: Planck versus BICEP2

A pesar de la presentación de los datos completos de la misión Planck, no hubo novedades sobre la controversia que rodea a la posible detección por parte de los astrónomos trabajando con el telescopio BICEP2, en la Antártida, de la presencia de ondas gravitacionales primordiales a partir de la polarización de la radiación del fondo cósmico de microondas.

Si se confirman esos datos, las observaciones del BICEP2 serán la mayor evidencia obtenida hasta ahora de la inflación rápida en los primeros momentos del Universo, que según los modelos cosmológicos ocurrió apenas 10-35 segundos después del Big Bang. Un nuevo análisis de la emisión polarizada del polvo de nuestra galaxia, publicado por los científicos de la misión Planck en septiembre, mostró que la región del firmamento observada por BICEP2 contenía mucho más polvo del previsto, y si bien esto no invalidó por completo el anuncio de la detección de ondas gravitacionales primordiales, sí demostró que la emisión proveniente del polvo es casi tan intensa como la señal detectada por el telescopio BICEP2 y atribuida a ese fenómeno. Desde entonces, los científicos de la misión Planck y el proyecto BICEP2 han estado trabajando en un análisis conjunto de los datos, y se espera que los resultados sean publicados en 2015.

Fuentes consultadas: Planck Collaboration | ESA