Intentando desvelar los misterios de la energía oscura con el telescopio Polo Sur
Algo está expandiendo el universo. ¿Qué es, y como nos afecta a nosotros ? Los científicos en el Instituto Kavli de Física Cosmológica, de la Universidad de Chicago, buscan respuestas a esas preguntas con el telescopio del Polo Sur.
Con una condiciones extremas de frio y seis meses consecutivos de noche al año, el Polo Sur es un lugar muy complicado para vivir o trabajar. Pero por esas mismas razones, es uno de los mejores puntos del planeta para observar el tenue fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación remanente del Big Bang. El telescopio de microondas de 10 metros del Polo Sur (SPT), que empezó a funcionar en febrero de 2007 y está estudiando la CMB para reunir pistas sobre el nacimiento la evolución y el destino del universo.
El proyecto SPT , dirigido por investigadores del Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago, tiene como objetivo ayudar a resolver un misterio cosmológico en particular - la naturaleza de la energía oscura. Poco se sabe sobre esta fuerza, aparte de que trabaja en contra de la gravedad y que parece haber acelerado la expansión del Universo. A diferencia de las energías tal y como las conocemos, la energía oscura no parece actuar a través de cualquiera de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y es distinta de la gravedad. No puede ser detectada directamente, por ejemplo, a través de la luz o de otras manifestaciones de la fuerza electromagnética. Las pruebas para la existencia de la energía oscura son indirectas. Su existencia fue postulada en 1998 por los científicos que trataban de explicar datos inesperados de las supernovas distantes. Desde entonces, la investigación con el telescopio espacial Hubble y otros instrumentos han rastreado el impacto de la energía oscura a una distancia de unos nueve mil millones de años, cuando el universo era tenía cinco mil millones de años y empezaron a formarse las galaxias una tras otra a un ritmo cada vez más rápido.
Entender el pasado para predecir el futuro
Desde el estudio de la CMB y lo que les dice acerca de la geometría del universo, los científicos calculan que la energía oscura constituye del 70% al 75% de la masa y la energía total del universo. Esto es aproximadamente tres veces más que la materia oscura, que no puede ser detectada por la luz u otra radiación electromagnética, pero que ejerce una poderosa atracción gravitacional en las galaxias y sólo alrededor del 4% del cosmos es materia ordinaria, (barionica).
Así que sea cual sea la nauraleza de la energía oscura, su efecto es más fuerte que cualquier otra cosa en las grandes escalas. También puede determinar el futuro del universo. Podría cobrar fuerza y desgarrar el universo separando toda la materia - incluso los núcleos atómicos (los cosmólogos llaman a esto "big rip"). O podría debilitar la gravedad y permitir volver a concentrar todo el universo, en un "Big Crunch", creando algo infinitamente denso como el momento del Big Bang. O tal vez simplemente hará que continue la expansión actual hasta que la mayoría de las estrellas y las galaxias sean demasiado lejanas a ser vistas.
¿Qué puede decirnos el SPT sobre el pasado y el futuro de la energía oscura? John E. Carlstrom, director de la KICP y S. Chandrasekhar, Distinguido Profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago, dicen que el telescopio está estudiando grupos de galaxias para aprender qué papel desempeña la energía oscura en su evolución. "Una de las cosas importantes que tenemos que aprender acerca de la energía oscura es lo que la influencia de dicha energía ha tenido en su estructura", dice Carlstrom. Si los científicos pueden aprender cómo la densidad de las agrupaciones han cambiado con el tiempo, y añade que puede determinar "limitaciones de la ecuación de estado de la energía oscura." Es decir, que puede obtener una idea más precisa de si la energía oscura nos está llevando hacia un rasgado del universo, a un big crunch o algo intermedio. El telescopio está buscando específicamente el efecto Sunyaev-Zel'dovich (SZ), una distorsión del CMB causada por el gas altamente energizado de los cúmulos de las galaxias. Cuando los fotones procedentes de la CMB atraviesan los grupos, interactúan con los electrones y tienden a su dispersión, con la creación de pequeñas variaciones de la temperatura - sombras en el fondo de microondas - que el SPT detecta con una batería de 1000 sensores enfríados cerca de cero absoluto. El SPT analiza de más o menos la quinta parte de todo el cielo austral y se espera que detecte y analice miles de grupos. Con el análisis de los datos de seguimiento de los telescopios ópticos, los científicos determinarán la masa, la distancia y la edad de los grupos. A continuación, observarán los grupos en su movimiento por el espacio y el tiempo para ver cómo su densidad y estructura ha ido evolucionado a lo largo de miles de millones de años, en los que compiten en un tira y afloja la gravedad y la energía oscura. Con ello tienen la esperanza de aprender sobre el poder que ejercía la energía oscura en el universo temprano, la forma en que evolucionó hasta que ahora domina el universo, y por extensión, la cantidad de energía que puede ejercer en el futuro.
Volver al Big Bang
La actividad del SPT no va a terminar con este análisis de cúmulos de galaxias. Otro proyecto en el proyecto es utilizar el telescopio para escanear el CMB y las diminutas fluctuaciones en su polarización. Al igual que la luz visible, la radiación de microondas del Big Bang tiene las ondas de sus campos electromagnéticos en diferentes ángulos, algunos hacia abajo y otro de lado. Observaciones con otro instrumento en el Polo Sur, el Interferómetro de Escala de Grado (DASI), han confirmado que el CMB está polarizado como se esperaba en las teorías imperantes acerca de la física del Big Bang. Los investigadores quieren ahora utilizar el más sensible SPT para buscar minúsculas variaciones en la polarización del CMB que muestren la presencia de enormes ondas gravitatorias .
Stephan Meyer, director asociado de KICP y el profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago, dice que estas ondas tienen de extensión "una razonable fracción del tamaño del universo" y se habrían generado en la "época inflacionaria" del Big Bang. En el momento en que el universo tenía tan sólo 10 a la -50 segundos de edad y aún no se habían formado los protones y neutrones. "No entiendemos muy bien la física de ese momento", dice Meyer. Un nuevo conjunto de sensores, capaces de detectar la polarización, así como su temperatura, está siendo construido por la Universidad de Chicago y debería estar listo para su instalación en el SPT en el verano austral de 2009-10.
Carlstrom y Meyer han realizado múltiples viajes al Polo Sur desde mediados de la decada de los 90 para hacer sus investigaciones. El Polo, un lugar especialmente adecuado para la observación, pero dónde la instalación de un telescópio de 75 pies de altura, 280 toneladas y 18,7 millones de dólares, es una gran proeza logística al servicio de nuestro conocimiento del universo.
Noticia original en Inglés
Algo está expandiendo el universo. ¿Qué es, y como nos afecta a nosotros ? Los científicos en el Instituto Kavli de Física Cosmológica, de la Universidad de Chicago, buscan respuestas a esas preguntas con el telescopio del Polo Sur.
Con una condiciones extremas de frio y seis meses consecutivos de noche al año, el Polo Sur es un lugar muy complicado para vivir o trabajar. Pero por esas mismas razones, es uno de los mejores puntos del planeta para observar el tenue fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación remanente del Big Bang. El telescopio de microondas de 10 metros del Polo Sur (SPT), que empezó a funcionar en febrero de 2007 y está estudiando la CMB para reunir pistas sobre el nacimiento la evolución y el destino del universo.
El proyecto SPT , dirigido por investigadores del Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago, tiene como objetivo ayudar a resolver un misterio cosmológico en particular - la naturaleza de la energía oscura. Poco se sabe sobre esta fuerza, aparte de que trabaja en contra de la gravedad y que parece haber acelerado la expansión del Universo. A diferencia de las energías tal y como las conocemos, la energía oscura no parece actuar a través de cualquiera de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y es distinta de la gravedad. No puede ser detectada directamente, por ejemplo, a través de la luz o de otras manifestaciones de la fuerza electromagnética. Las pruebas para la existencia de la energía oscura son indirectas. Su existencia fue postulada en 1998 por los científicos que trataban de explicar datos inesperados de las supernovas distantes. Desde entonces, la investigación con el telescopio espacial Hubble y otros instrumentos han rastreado el impacto de la energía oscura a una distancia de unos nueve mil millones de años, cuando el universo era tenía cinco mil millones de años y empezaron a formarse las galaxias una tras otra a un ritmo cada vez más rápido.
Entender el pasado para predecir el futuro
Desde el estudio de la CMB y lo que les dice acerca de la geometría del universo, los científicos calculan que la energía oscura constituye del 70% al 75% de la masa y la energía total del universo. Esto es aproximadamente tres veces más que la materia oscura, que no puede ser detectada por la luz u otra radiación electromagnética, pero que ejerce una poderosa atracción gravitacional en las galaxias y sólo alrededor del 4% del cosmos es materia ordinaria, (barionica).
Así que sea cual sea la nauraleza de la energía oscura, su efecto es más fuerte que cualquier otra cosa en las grandes escalas. También puede determinar el futuro del universo. Podría cobrar fuerza y desgarrar el universo separando toda la materia - incluso los núcleos atómicos (los cosmólogos llaman a esto "big rip"). O podría debilitar la gravedad y permitir volver a concentrar todo el universo, en un "Big Crunch", creando algo infinitamente denso como el momento del Big Bang. O tal vez simplemente hará que continue la expansión actual hasta que la mayoría de las estrellas y las galaxias sean demasiado lejanas a ser vistas.
¿Qué puede decirnos el SPT sobre el pasado y el futuro de la energía oscura? John E. Carlstrom, director de la KICP y S. Chandrasekhar, Distinguido Profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago, dicen que el telescopio está estudiando grupos de galaxias para aprender qué papel desempeña la energía oscura en su evolución. "Una de las cosas importantes que tenemos que aprender acerca de la energía oscura es lo que la influencia de dicha energía ha tenido en su estructura", dice Carlstrom. Si los científicos pueden aprender cómo la densidad de las agrupaciones han cambiado con el tiempo, y añade que puede determinar "limitaciones de la ecuación de estado de la energía oscura." Es decir, que puede obtener una idea más precisa de si la energía oscura nos está llevando hacia un rasgado del universo, a un big crunch o algo intermedio. El telescopio está buscando específicamente el efecto Sunyaev-Zel'dovich (SZ), una distorsión del CMB causada por el gas altamente energizado de los cúmulos de las galaxias. Cuando los fotones procedentes de la CMB atraviesan los grupos, interactúan con los electrones y tienden a su dispersión, con la creación de pequeñas variaciones de la temperatura - sombras en el fondo de microondas - que el SPT detecta con una batería de 1000 sensores enfríados cerca de cero absoluto. El SPT analiza de más o menos la quinta parte de todo el cielo austral y se espera que detecte y analice miles de grupos. Con el análisis de los datos de seguimiento de los telescopios ópticos, los científicos determinarán la masa, la distancia y la edad de los grupos. A continuación, observarán los grupos en su movimiento por el espacio y el tiempo para ver cómo su densidad y estructura ha ido evolucionado a lo largo de miles de millones de años, en los que compiten en un tira y afloja la gravedad y la energía oscura. Con ello tienen la esperanza de aprender sobre el poder que ejercía la energía oscura en el universo temprano, la forma en que evolucionó hasta que ahora domina el universo, y por extensión, la cantidad de energía que puede ejercer en el futuro.
Volver al Big Bang
La actividad del SPT no va a terminar con este análisis de cúmulos de galaxias. Otro proyecto en el proyecto es utilizar el telescopio para escanear el CMB y las diminutas fluctuaciones en su polarización. Al igual que la luz visible, la radiación de microondas del Big Bang tiene las ondas de sus campos electromagnéticos en diferentes ángulos, algunos hacia abajo y otro de lado. Observaciones con otro instrumento en el Polo Sur, el Interferómetro de Escala de Grado (DASI), han confirmado que el CMB está polarizado como se esperaba en las teorías imperantes acerca de la física del Big Bang. Los investigadores quieren ahora utilizar el más sensible SPT para buscar minúsculas variaciones en la polarización del CMB que muestren la presencia de enormes ondas gravitatorias .
Stephan Meyer, director asociado de KICP y el profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago, dice que estas ondas tienen de extensión "una razonable fracción del tamaño del universo" y se habrían generado en la "época inflacionaria" del Big Bang. En el momento en que el universo tenía tan sólo 10 a la -50 segundos de edad y aún no se habían formado los protones y neutrones. "No entiendemos muy bien la física de ese momento", dice Meyer. Un nuevo conjunto de sensores, capaces de detectar la polarización, así como su temperatura, está siendo construido por la Universidad de Chicago y debería estar listo para su instalación en el SPT en el verano austral de 2009-10.
Carlstrom y Meyer han realizado múltiples viajes al Polo Sur desde mediados de la decada de los 90 para hacer sus investigaciones. El Polo, un lugar especialmente adecuado para la observación, pero dónde la instalación de un telescópio de 75 pies de altura, 280 toneladas y 18,7 millones de dólares, es una gran proeza logística al servicio de nuestro conocimiento del universo.
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