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).
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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