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viernes, 25/07/14 - 14: 10 h

astronomía

"Hay una mancha en el mapa del universo primitivo que no sabemos explicar"

Antonio Martínez Ron

viernes, 12/04/13 - 07:00

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  • La conocen como la "Mancha fría" y aparece en los mapas de la radiación de fondo de microondas.
  • Enrique Martínez, uno de sus descubridores, cree que se debe a una anomalía topológica del Universo.
Imagen de las anomalías detectadas por Planck, con la mancha fría abajo.  -Foto: ESA

Empecemos por el principio. La imagen que ves sobre estas líneas es el mapa más detallado del universo primitivo. Fue publicada hace unos días por la Agencia Espacial Europea (ESA) y es el resultado del escaneo meticuloso del cielo por parte del satélite Planck.  No es el primer escaneo ni será el último, hace unos años el satélite WMAP de la NASA ofreció el primer mapa de radiación del fondo cósmico de microondas, pero el nivel de detalle se ha multiplicado y ha permitido a los científicos obtener datos más precisos sobre la edad del Universo y la cantidad de materia existente

Para entender mejor lo que vemos, digamos que es como el eco de la explosión inicial del universo, el Big Bang, y la imagen de cómo era éste cuando tenía unos 380.000 años. Lo más interesante es que el mapa presenta algunos datos inesperados y diferencias de temperatura que los científicos no acaban de entender. Una de las más llamativas, una mancha azul que aparece en el hemisferio sur del mapa, fue descubierta por un equipo de científicos del Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC) liderado por Enrique Martínez. Charlamos con él telefónicamente para conocer cómo afectan los nuevos datos a su investigación sobre la mancha.

Pregunta. Empecemos por lo básico, ¿qué se ve en el mapa de Planck?

Respuesta. Ese mapa lo que muestra son pequeñas diferencias de la intensidad de la radiación del fondo cósmico de microondas,  una especie de mapa de temperatura.

O sea, que es luz de los primeros instantes del Universo.

Exacto.

Pero en rigor no estamos hablando del primer instante sino de lo que pasó una vez transcurridos 380.000 años...

Claro, pero 380.000 años comparado con la edad del Universo, que son casi 14.000 millones de años, nos permite hacernos a la idea de que estás mirando el principio del universo.

¿Y mas allá de esa fecha no podemos ver nada?

No, porque antes del momento la radiación estaba acoplada a la materia, había una interacción continua de los fotones con los electrones y el universo era, por decirlo de alguna manera, opaco. No se podría ver nada.

¿Y eso cuándo cambió?

El momento en que cambia es cuando el universo se vuelve neutro, cuando al temperatura baja por debajo de un cierto valor, esas interacciones dejan de tener lugar y se forman los átomos de hidrógeno y salen los fotones.

Y esa radiación, ¿estará ahí para siempre?

Esa radiación llena todo el universo- y por el principio de conservación de la energía se mantiene-, pero cada vez tiene una temperatura más baja. Es decir, dentro de miles de millones de años no se detectaría en forma de microondas sino en forma de ondas de mayor longitud, ondas de radio.

Imagen de la radiación de fondo de microondas captada por el satélite Planck  -Foto: ESA

¿Cómo se diferencia esta radiación de los otros fenómenos cósmicos?

Por unos métodos bastante sofisticados, que ha costado años pensarlos y perfeccionar mediante algoritmos. Y no se hace de una única manera. En el caso de Planck se elaboran cuatro mapas hechos con distintas técnicas- una de ellas es nuestra- y las cuatro coinciden. Por eso nos da confianza

¿Qué novedades aportan los nuevos datos de Planck?

Se confirma el Modelo Estándar con más precisión que anteriormente y por otro lado los parámetros que caracterizan ese modelo se han afinado más. En particular se sabe que la razón de expansión del universo es un poco menor y este valor es clave para calcular la edad del universo, de modo que nos sale que es 100 millones de años más viejo. Por otro lado, las cantidades de los constituyentes han variado ligeramente y en particular sabemos que hay un poco más de materia de lo que pensábamos y menos materia y energía oscuras.

¿Qué anomalías presenta el mapa?

Las anomalías son varias. La "mancha fría" es una de ellas, y aparecen en las escalas más grandes. Si lo explicamos a nivel de todo el mapa, la anomalía principal sería que los contrastes entre las manchas frías y las calientes son más pequeños de los que predice el Modelo Estándar. Y si separamos por hemisferios, para el modelo se debería ver lo mismo en el norte que en el sur.

Nuestra galaxia sale en el mapa, ¿no?

Este es un mapa en coordenadas galácticas. El centro es el centro de nuestra galaxia, en otros mapas se ve muy bien una línea horizontal que lo atraviesa, que representa la emisión de radiación de nuestra galaxia que es imposible quitar. Lo que vemos arriba y abajo son dos hemisferios galácticos, la radiación que llega de un lado y del otro. Y hay más contrastes en el hemisferio sur que en el norte. Eso no lo explica el Modelo Estándar y representa una anomalía, aunque no con una significación muy alta.

Mapa de Planck. La línea horizontal es la señal de la Vía Láctea.  -Foto: Planck (ESA)

Si colocáramos el satélite Planck en otra galaxia deberíamos ver lo mismo...

Sería estupendo, y efectivamente veríamos lo mismo pero con coordenadas galácticas distintas. Bastaría rotarlo un poco para hacerlo encajar perfectamente.

Vamos a la "mancha fría" de la parte inferior del mapa, ¿qué es exactamente?

Es la anomalía que detectó nuestro grupo hace nueve años con los datos del satélite WMAP. Las manchas no reflejan diferencias en la expansión, sino el estado en que estaba la materia cuando se emitió la radiación. Si se emitió en una región donde había una sobredensidad de materia tendería a verse una manchita más caliente, y si hubiera baja densidad de materia se vería más azul o más fría. La mancha fría que nosotros descubrimos reflejaría una zona del espacio que tendría una densidad más baja que la media, pero aún así es demasiado fría para que eso se pueda explicar así, por eso es anómala. El Modelo Estándar no predice manchas tan frías.

¿Y qué novedades ha aportado Planck sobre esa mancha?

Lo que hemos hecho es confirmar que esa mancha está ahí y que no es debido a ningún mal funcionamiento de los instrumentos.

¿Y la causa?

Hemos tratado de buscar alguna explicación y una de ellas es la que nos parecía más acertada y la que publicamos en la revista Science en 2007. Entonces barajábamos que podía ser debido a un defecto topológico que pudo existir en el universo, es decir, pudo haber como transiciones de fase con roturas de simetría. Para entenderlo, es como cuando el agua se congela. Si tenemos un recipiente lleno de agua y se hiela, en su proceso forma una estructura cristalina muy parecida en todos los puntos salvo en algunos donde ha habido defectos y se ven grietas y líneas. Sería algo parecido pero en vez de con agua con partículas que desconocemos.

¿Se han aportado otras explicaciones?

Se han barajado más posibilidades, pero ninguna convincente. Cuando los fotones que vienen a nosotros pasan por cúmulos de galaxias o grandes vacíos, existen pozos gravitatorios que podrían afectarlos y provocar que veamos la mancha más fría. Pero esta posibilidad está bastante descartada porque esa gravedad que hace falta tendría que ser mucho más grande y lo que vemos son estructuras que produce el Modelo Estándar. Quizá es hora de explorar otras posibilidades.

¿Cuánto ocupa esa mancha en el cielo y qué nos puede llevar a descubrir?

Es una mancha más fría de lo que se espera, de unos 10 grados  respecto al angular de 360º.  Es algo que no encaja en el modelo pero no es un monstruo que no encaje en absoluto. Aún así, la probabilidad de que sea incompatible con el modelo es alta.

Y si es incompatible, ¿qué pasa?

Si fuera incompatible nos llevaría a una nueva Física y tendremos que pensar en algo nuevo.

¿Cuál es el siguiente paso?

Bueno, los datos con los que se ha hecho el mapa de Planck contienen la mitad de los que disponemos, no hemos tenido tiempo de analizarlos y procesarlos. En un año tendremos los resultados de toda la misión y se intentará dar una explicación a las anomalías. El siguiente reto en cosmología es observar  esta radiación en polarización, no en intensidad. Estos polarizadores los estamos desarrollando ahora, de hecho hay dos experimentos importantes y uno de ellos de la ESA como sucesor de Planck. Nosotros tenemos un experimento para ser lanzado en 2028, puramente de polarización con un rango de frecuencias más amplio y por otro lado un experimento desde tierra que se llama Quijote y que está instalado en el observatorio del Teide, en el que participa el Instituto Astronómico de Canarias. Vamos a medir esta radiación en estas frecuencias que intereseccionan con las de Planck y esperamos que esto nos dé información de si hubo un período inflacionario.

Lo que nos lleva a un instante antes del momento que vemos en el mapa…

Claro, la expansión la tenemos siempre, pero se ha postulado que hubo un periodo de una expansión mucho más rápida y que se dio mucho antes de que apareciera la radiación libre en el universo. Para saber esto debemos estudiarlo por información indirecta,  a través de la radiación de fondo y la huella que pudo dejar la expansión en ésta. Pero ésa es otra historia.

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Antonio Martínez Ron

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