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Actualidad científica

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  • 22/03/2013

cosmología

Un universo «casi perfecto»

Los primeros resultados de la misión Planck revelan con un detalle sin precedentes las condiciones del universo primitivo.

ESA

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Mapa del fondo cósmico de microondas obtenido por el satélite Planck en el que se destacan dos de sus características más extrañas: una ligera diferencia en la temperatura media de ambos hemisferios celestes y la existencia de una gran mancha fría en el hemisferio sur. Los expertos no disponen de ninguna explicación clara que dé cuenta de estas anomalías. [Planck/ESA]

Ante una gran expectación por parte de la comunidad científica internacional, la Agencia Espacial Europea (ESA) anunció ayer los primeros resultados de la misión Planck, el telescopio espacial lanzado en 2009 para estudiar el fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés). Emitida muy poco tiempo después de la gran explosión, esta radiación constituye una fuente de valor incalculable para entender el cosmos primitivo.

Ahora, tras analizar los datos obtenidos durante los primeros 15,5 meses de observaciones de Planck, los cosmólogos han conseguido cartografiar con un detalle sin precedentes las pequeñas variaciones de temperatura que exhiben los fotones del CMB en las distintas regiones del cielo. Las propiedades estadísticas de dichas fluctuaciones revisten una enorme importancia en cosmología, ya que permiten poner a prueba las teorías actuales sobre el origen y la evolución del universo.

Según Daniel G. Figueroa, cosmólogo teórico de la Universidad de Ginebra: «Este análisis es el resultado de muchos años de trabajo en un proyecto que ha involucrado la participación de cientos de expertos distribuidos por todo el planeta. Ha sido un largo camino. Los resultados presentados hoy marcarán las líneas principales de investigación en cosmología para la próxima década».

A grandes rasgos, los resultados confirman la validez del modelo cosmológico estándar (que contempla la existencia de una gran componente de energía oscura y de materia oscura fría) y apoyan el paradigma inflacionario, la hipótesis según la cual el universo habría experimentado una expansión de proporciones descomunales durante la primera fracción de segundo tras la gran explosión. No obstante, los datos muestran también algunas sorpresas que, sin duda, mantendrán ocupados a los cosmólogos durante un tiempo.
 

Manchas inesperadas

Una de las sorpresas ha llegado de la mano de una asimetría en la temperatura media de la radiación de fondo en los dos hemisferios de la bóveda celeste: en promedio, los fotones que llegan desde el hemisferio sur se encuentran más calientes que los que llegan desde el hemisferio norte. Este dato no deja de resultar llamativo por cuanto que la cosmología moderna se basa en el hecho de que, a gran escala, las propiedades del universo no deberían depender de dónde nos encontremos ni de la dirección del cielo en la que miremos.

Además, los datos de Planck han confirmado la existencia de una gran mancha fría en el hemisferio sur celeste. Años atrás, el satélite WMAP, de la NASA, ya había detectado indicios tanto de la asimetría como de la región fría. Hasta ahora, sin embargo, los expertos no estaban seguros si se trataba de un error de las mediciones o de una verdadera anomalía física. En declaraciones del físico de la Universidad de Cambridge George Efstathiou reproducidas en la nota de prensa de la ESA: «Nuestro objetivo sería elaborar un nuevo modelo cosmológico capaz de describir y relacionar estas anomalías. Pero todavía es pronto; de momento no sabemos si algo así sería posible ni qué tipo de teorías físicas serían necesarias. Y esto es lo más emocionante».
 

Los primeros instantes del universo

Los fotones que componen el CMB fueron emitidos en todos y cada uno de los puntos del cosmos cuando este solo contaba con unos 380.000 años de edad; es decir, menos del 0,003 por ciento de su edad actual. En aquel momento, la sopa primigenia se enfrió lo suficiente como para que el universo se hiciese transparente al paso de la luz. Planck detecta los fotones que fueron liberados en ese instante, los cuales vienen a componer una fotografía fiel del estado del cosmos cuando este era extremadamente joven.

Aunque la radiación de fondo es muy uniforme, presenta pequeñas irregularidades. Esa textura moteada constituye un reflejo de las inhomogeneidades en la distribución inicial de materia, por lo que codifica gran cantidad de información sobre los primeros instantes del universo. De acuerdo con la teorías cosmológicas más aceptadas, durante su primera fracción de segundo el universo habría sufrido una expansión exponencial enorme, mucho más violenta que la expansión suave que vino después. Dicha fase de expansión acelerada, o inflacionaria, debería haber dejado su impronta en las propiedades estadísticas de las pequeñas fluctuaciones del CMB.  

Los nuevos datos parecen corroborar los modelos inflacionarios en su versión más simple. Según explica Figueroa: «Planck está confirmando el paradigma estándar de la cosmología inflacionaria en su formulación más sencilla. El origen de las fluctuaciones primordiales en el universo parece deberse a un proceso inflacionario en su versión más minimalista, aquella en la que un solo campo escalar "simple", denominado inflatón, es el único agente responsable de la creación de dichas fluctuaciones primigenias. Otros modelos inflacionarios menos sencillos parecen estar fuertemente desfavorecidos por los nuevos datos. Modelos alternativos a los inflacionarios, como los de defectos topológicos originados en transiciones de fase en el universo primigenio, están también fuertemente constreñidos y desfavorecidos».

Según Juan García-Bellido, cosmólogo experto en inflación del Instituto de Física Teórica de Madrid: «La caracterización de las anisotropías de temperatura del fondo de microondas sigue una estadística gaussiana, aproximadamente invariante de escala y con una evolución del índice espectral muy acotada, exactamente de acuerdo con las predicciones del modelo más sencillo de inflación».

Hasta ahora los expertos de la misión Planck han analizado las variaciones de temperatura en el CMB. Uno de los resultados más esperados por la comunidad era el relativo a la polarización de los fotones. Estos datos, sin embargo, no se hicieron públicos ayer. «Aún deberemos esperar a las anisotropías en la polarización para poder encontrar el "Higgs" del modelo cosmológico y las ondas gravitacionales generadas durante la inflación, las cuales dejan su huella en un patrón característico de la polarización del fondo de radiación. Quizá el próximo año tengamos acceso al análisis de dichas anisotropías medidas por el satélite Planck», concluye García-Bellido.
 

El universo, más viejo y menos oscuro

Los datos de Planck han permitido refinar los valores de los parámetros cosmológicos fundamentales. Uno de ellos es la la constante de Hubble, que determina la tasa de expansión del universo actual. Tras analizar los nuevos datos, los científicos han concluido que su verdadero valor ascendería a 67.15 kilómetros por segundo y por megapársec, una cifra algo menor de la que se venía empleando hasta ahora. La edad del universo también se vería afectada: los nuevos datos sugieren que el cosmos cuenta hoy 13.820 millones de años; es decir, unos 100 millones de años más de lo que se pensaba hasta ahora.

Dicho valor se halla relacionado con la cantidad de energía oscura presente en el universo. A tenor de los nuevos datos ofrecidos por Planck, esta sería algo menor de lo esperado: un 68,3 por ciento de toda la materia y energía del cosmos, en comparación con el 72,8 por ciento de las estimaciones anteriores. En su lugar, los resultados de Planck sugieren una corrección al alza de la fracción de materia oscura y de materia ordinaria.

Más información en la ESA. La serie completa de artículos técnicos puede encontrarse aquí.

—IyC

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