Planck no encuentra nuevas pruebas de anomalías cósmicas

7 junio 2019

El satélite Planck de la ESA no ha encontrado nuevas pruebas de las enigmáticas anomalías cósmicas que aparecieron en su mapa de temperatura del Universo. Aunque el estudio más reciente no descarta la relevancia potencial de estas anomalías, los astrónomos deberán esforzarse aún más para entender el origen de estos misteriosos fenómenos.

Los últimos resultados de Planck proceden de un análisis de la polarización de la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB), la luz más antigua del cosmos, liberada cuando el Universo apenas tenía 380.000 años de edad. 

El análisis inicial del satélite, publicado en 2013, se centraba en la temperatura de esta radiación a lo ancho del cosmos. Esto permitió a los astrónomos investigar su origen y evolución. Aunque confirmó el modelo estándar de evolución de nuestro Universo, el primer mapa de Planck también reveló una serie de anomalías difíciles de explicar en el marco de dicho modelo cosmológico.       

Las anomalías son débiles peculiaridades en el firmamento que aparecen a grandes escalas angulares. Está claro que no se trata de artefactos producidos por el comportamiento del satélite o el procesamiento de los datos, pero son lo bastante sutiles como para tratarse de accidentes estadísticos: fluctuaciones muy poco comunes pero que no pueden descartarse por completo en el modelo estándar. 

Por otro lado, las anomalías podrían ser un signo de una “nueva física”, término empleado para referirse a procesos naturales aún no reconocidos que podrían ampliar las leyes de la física conocidas.

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The history of the UniverseAccess the image

Para continuar estudiando la naturaleza de estas anomalías, el equipo de Planck observó la polarización del CMB, revelada tras un concienzudo análisis de los datos de multifrecuencia diseñado para eliminar las fuentes de velos de emisiones de microondas, incluidos el gas y el polvo de nuestra Vía Láctea. Esta señal es la mejor medición hasta la fecha de los denominados modos E de polarización del CMB, y se remonta a la época en que se formaron los primeros átomos del Universo y se liberó el CMB. Se debe a la forma en que la luz dispersó partículas de electrones justo antes de que estos se unieran formando átomos de hidrógeno. 

La polarización proporciona una vista casi independiente del CMB, por lo que si las anomalías también aparecieran allí, los astrónomos tendrían mayor certeza de que estuviera causada por una nueva física, en lugar de tratarse de accidentes estadísticos.       

Aunque Planck en principio no se diseñó con fines de polarización, sus observaciones se han empleado para crear los mapas más precisos hasta la fecha de la polarización del CMB del firmamento completo. Se publicaron en 2018 y mejoran enormemente la calidad de los primeros mapas de polarización de Planck, lanzados en 2015

Cuando el equipo de Planck observó estos datos, no vio señales claras de anomalías. Siendo optimistas, el análisis, publicado hoy en Astronomy and Astrophysics, ofrecía leves indicios de la presencia de algunas de ellas.

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The CMB polarisation on large angular scalesAccess the image

“Las mediciones de polarización de Planck son fantásticas —reconoce Jan Tauber, científico del proyecto Planck de la ESA—. Pero, a pesar de los estupendos datos que poseemos, no vemos señales claras de anomalías”. 

A primera vista podría parecer más probable que las anomalías fueran meros accidentes estadísticos, pero esto no implica que no se trate de una nueva física, puesto que la naturaleza podría ser más complicada de lo que imaginamos. Hasta el momento no hay una hipótesis convincente del tipo de nueva física que estaría causando las anomalías. Así, podría ser que el fenómeno responsable solo afectase a la temperatura del CMB, pero no a la polarización. Desde este punto de vista, aunque el nuevo análisis no confirma que haya una nueva física en acción, sí que le supone restricciones importantes. 

La anomalía más grave que apareció en el mapa de temperatura del CMB es un déficit en la señal observada a grandes escalas angulares en el firmamento, de alrededor de cinco grados (a modo de comparación, obsérvese que la Luna llena alcanza alrededor de medio grado). A estas grandes escalas, las mediciones de Planck son alrededor de un diez por ciento más débiles que lo que predeciría el modelo estándar de la cosmología. 

Planck también confirmó, con un alto grado de fiabilidad estadística, otros rasgos anómalos a los que habrían apuntado observaciones anteriores de la temperatura del CMB, como una discrepancia significativa de la señal observada en los dos hemisferios del firmamento, así como una “región fría”, una gran mancha de baja temperatura con un perfil térmico de pendiente inusitadamente pronunciada. 

“En el momento de la primera publicación, dijimos que Planck comprobaría las anomalías con sus datos de polarización. El primer conjunto de mapas de polarización lo bastante limpios como para ello se publicó en 2018, y aquí tenemos los resultados”, señala Krzysztof M. Górski, del Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL) de Caltech (Estados Unidos), uno de los autores del nuevo artículo. 

Por desgracia, los nuevos datos no hicieron avanzar el debate, ya que los últimos resultados ni confirman ni desmienten la naturaleza de las anomalías. 

“Ciertos datos apuntan a que en los mapas de polarización podría haber una asimetría de potencia similar a la observada en los mapas de temperatura, aunque sigue sin convencer desde el punto de vista estadístico”, añade Enrique Martínez González, del Instituto de Física de Cantabria en Santander, también coautor del artículo.

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The CMB temperature on large angular scalesAccess the image

Aunque los resultados de Planck se someterán a más análisis, es poco probable que aporten nuevos resultados sobre esta cuestión. Lo lógico para seguir avanzando sería contar con una misión dedicada, diseñada y optimizada especialmente para estudiar la polarización del CMB, pero para ello habrá que esperar entre 10 y 15 años como mínimo. 

“Planck nos ha proporcionado los mejores datos de que vamos a disponer por lo menos en una década”, admite el coautor Anthony Banday, del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología de Toulouse (Francia). 

Entretanto, el misterio de las anomalías continua.

Notas para los editores

El artículo “Planck 2018 results. VII. Isotropy and Statistics of the CMB” de la Colaboración Planck, está publicado en Astronomy & Astrophysics

Los resultados se basan en los datos del legado de Planck, publicados el 17 de julio de 2018.

El legado de Planck
Más sobre Planck

Para más información:

Jan Tauber
ESA Planck Project Scientist
European Space Agency
Email: jan.tauber@esa.int

Enrique Martínez González
Instituto de Física de Cantabria
Santander, Spain
Email: martinez@ifca.unican.es

Anthony Banday
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie
Toulouse, France
Email: anthony.banday@irap.omp.eu

Calla Cofield (Media Relations)
Jet Propulsion Laboratory
Pasadena, California, USA
Email: calla.e.cofield@jpl.nasa.gov

Markus Bauer
ESA Science Programme Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int

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