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  • 23/07/2018

Cosmología

El final de la misión Planck marca una nueva era en cosmología

Los grandes logros del telescopio lanzado en 2009 por la ESA dejan un reto pendiente: obtener un mapa más completo de la polarización del fondo cósmico del microondas.

ESA

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Fragmento de uno de los mapas de temperatura y polarización del fondo cósmico de microondas obtenido por el satélite Planck, de la ESA. Los colores representan zonas de diferentes temperaturas; las líneas indican la dirección de polarización de la luz. [ESA/Colaboración Planck]

Una era transformadora de la cosmología concluyó la semana pasada con la publicación de los últimos mapas de la misión Planck, de la Agencia Espacial Europea (ESA). Planck ha sido el último en una serie de tres telescopios espaciales diseñados para estudiar con gran detalle el fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), la radiación «fósil» emitida muy poco tiempo después de la gran explosión. En los últimos años, sus análisis han arrojado las mediciones más precisas hasta la fecha sobre la edad, la geometría y la composición del cosmos.

En un momento en el que tanto la agencia europea como la estadounidense se muestran reacias a financiar una misión sucesora, Planck se perfila como el último telescopio espacial que estudiará el CMB durante muchos años, lo que supondrá un gran cambio para los cosmólogos. «Hay toda una generación de científicos jóvenes que han crecido con Planck», apunta Jan Tauber, científico de proyecto de la misión de la ESA en Noordwijk, en los Países Bajos.

Durante más de dos décadas, decenas de experimentos terrestres y a bordo de globos, así como tres grandes telescopios espaciales, han estudiado el CMB. Sus análisis se han centrado en gran medida en cartografiar las minúsculas variaciones de temperatura que exhibe esta radiación cósmica a lo largo del cielo, lo que ha dado lugar a un verdadero estándar de oro de la cosmología moderna. Planck, que recopiló datos entre 2009 y 2013, lo hizo con más detalle que nunca: sus datos ayudaron a precisar la edad del Universo (unos 13.800 millones de años), su geometría (esencialmente plana) y su composición (95 por ciento de materia y energía oscuras). En particular, los últimos datos apuntalan una predicción basada en los datos previos de Planck, según la cual el universo se estaría expandiendo un 9 por ciento más despacio de lo que indican otros métodos.

Los mapas de temperatura y la ciencia a la que han dado lugar han constituido «un gran logro», pero ya no tienen mucho más que ofrecer, afirma Peter Coles, cosmólogo teórico de la Universidad de Maynooth, en Irlanda, que no forma parte de la colaboración.

Diáspora de talento

Muchos de los científicos que han estado trabajando para Planck ya han cambiado de proyecto. Silvia Galli, quien se incorporó a la misión en 2013 tras finalizar su doctorado y que forma parte de las pocas docenas de científicos que aún quedan en ella, ha ayudado a dirigir el último estudio. Ahora probablemente se una a Euclides, una importante misión europea que cartografiará las galaxias a una escala sin precedentes y cuyo lanzamiento está previsto para 2021. Euclides será un telescopio óptico, no un detector de microondas, lo que lo convierte en un proyecto muy distinto desde el punto de vista técnico.

La experta asegura que a nivel personal es emocionante afrontar nuevos retos.  Pero la falta de una gran misión en el horizonte cuyo objetivo sea estudiar el CMB preocupa a muchos investigadores. «Científicamente sería un desastre», sentencia Galli, quien trabaja en el Instituto de Astrofísica de París (IAP). «Existe el riesgo de que muchos de los conocimientos y la experiencia que se habían acumulado acaben perdiéndose.»

Ahora, el siguiente gran objetivo será efectuar mediciones detalladas de otros parámetros del CMB, como su polarización (la ligera tendencia de los fotones a alinearse en ciertas direcciones del espacio). Es ahí donde los investigadores esperan encontrar una señal inequívoca del proceso de inflación cósmica, el breve período tras la gran explosión durante el cual el universo se habría expandido a un ritmo exponencial. Otro objetivo consistiría en inferir la distribución de materia en todo el cosmos estudiando la relación entre la polarización del CMB y la curvatura del espaciotiempo, explica Karim Benabed, investigador principal de Planck en el IAP. Dicho efecto recibe el nombre de lente gravitacional.

Planck midió la polarización del fondo cósmico de microondas, al igual que ya hiciera un telescopio de la NASA durante la década del 2000, pero los datos aún adolecen de una sensibilidad limitada. «Hasta ahora solo hemos explotado el 10 por ciento de la información relativa a la polarización», señala Jacques Delabrouille, astrofísico de la Universidad de París-Diderot que ayudó a diseñar Planck. «El CMB todavía esconde muchos secretos», asegura.

Tras las huellas de la inflación

Aunque por ahora la NASA y la ESA han rehusado financiar nuevos satélites para estudiar el CMB, varios grupos estadounidenses están trabajando en instrumentos terrestres y a bordo de globos para mejorar las medidas de polarización. Julien Carron, investigador posdoctoral de Planck que trabaja en la Universidad de Sussex, ya se ha unido a uno ellos: el Observatorio Simons, en Chile. El experto apunta que una de las ventajas será la posibilidad de usar lentes gravitacionales para abordar otro problema de la física fundamental: determinar las masas de los neutrinos.

La reticencia de las agencias espaciales a la hora de financiar otros grandes proyectos dedicados al CMB se debe en parte a que, por ahora, las huellas de la inflación cósmica no han aparecido en los datos de polarización. En 2014, un experimento llamado BICEP2 afirmó haberlas detectado. Algo más tarde, sin embargo, los datos de Planck demostraron que aquellos supuestos indicios se debían en realidad a las emisiones del polvo galáctico. En los últimos estudios, la colaboración Planck estuvo buscando los rastros de la inflación cósmica con ayuda de los datos de BICEP2, pero no detectó nada. Con todo, «el hecho de que aún no lo hayamos visto no significa que no esté allí», asegura Richard Gott, cosmólogo de la Universidad de Princeton.

Ahora, varios grupos de EE.UU. han unido sus fuerzas con miras a buscar financiación para una red de telescopios terrestres de nueva generación llamada CMB-S4. Con un coste estimado de unos 400 millones de dólares, se trataría del proyecto más sensible a una hipotética huella de la inflación cósmica jamás construido. Ese es el próximo gran objetivo en el horizonte, señala Tauber. 

Mientras tanto, muchos expertos en el estudio del CMB continúan abogando por las misiones espaciales. La cosmóloga de Planck Erminia Calabrese, de la Universidad de Cardiff, está trabajando para conseguir que Europa se una a LiteBIRD, una propuesta japonesa que intentará buscar los rastros de la inflación cósmica manteniendo los costes bajo control. «La idea es construir un satélite más pequeño pero más focalizado», indica Calabrese. Los instrumentos espaciales cuentan con la gran ventaja de que pueden observar todo el cielo, algo imposible de conseguir desde tierra. Por su parte, otros expertos esperan que la ESA se una a la India en el proyecto CMB-Bharat, también propuesto para estudiar la polarización.

Por último, no faltan quienes están intentando impulsar las mediciones de la polarización del CMB desde Europa. Davide Maino, miembro sénior de la colaboración Planck que trabaja en la Universidad de Milán, participa en LSPE, un experimento liderado por Italia y que tendría su base en la isla de Tenerife. Si una misión obtuviese indicios del proceso de inflación cósmica, eso alentaría a las agencias espaciales a financiar nuevos proyectos de envergadura, aseguran los expertos. «Por supuesto que habría dinero», concluye Benabed.

Davide Castelvecchi/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con el permiso de Nature Research Group.

Más información en español y acceso a material multimedia en la página web de la ESA.

Referencias: La lista completa de publicaciones de la misión Planck puede encontrarse aquí.

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