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El oso polar que vio el origen del universo
Donde se anuncia la publicación de un artículo que dice que el proyecto POLARBEAR ha obtenido medidas sobre la polarización de los modos B del fondo cósmico de microondas y eso dará mucha información sobre cosmología y sobre el proceso inflacionario.
Esta entrada la voy a dedicar a explicar lo que han medido estos señores y a reafirmar algunas de las cosas que he dicho en la anterior entrada, esta vez con un poco más de detalle.
La radiación cósmica de fondo
La radiación cósmica de fondo es la luz que recibimos del tiempo en el que los fotones dejaron de interactuar fuertemente con las partículas cargadas en los tiempos iniciales de su evolución. Esta radiación, una vez liberada de su interacción con la materia, se ha propagado libremente y nos llega desde todas las direcciones.
El mapa típico de la radiación cósmica de fondo es el siguiente:
Esos puntos azules y rojos representan variaciones de temperatura de 1/10000 respecto a una temperatura promedio de unos 2.7 grados por encima del cero absoluto.
Para más detalles sobre la radiación cósmica de fondo: La radiación cósmica de fondo. Ahí encontraréis todas las entradas al respecto.
Hay más cosas aparte de las fluctuaciones de temperatura
El mapa anterior es la imagen famosa y conocida de la radiación cósmica de fondo. Pero hay otra característica de dicha radiación que es muy interesante. En cada punto del cielo nos llegan fotones que tendrán un poco más de energía o un poco menos si proceden de una región roja o azul del mapa del fondo cósmico. A estos fotones, además de su energía, le podemos asignar una “flecha”, como una dirección de vibración, y podemos hacer un mapa de la radiación cósmica de fondo donde combinemos la información acerca de las fluctuaciones de temperatura (zonas azules y rojas) y las flechas asociadas a los fotones recibidos. A estas “flechas” se las denomina polarización de la luz.
Esas flechas se pueden disponer en el mapa de dos formas:
Hay dos tipos de polarizaciones posibles, el tipo E y el tipo B.
Esos son los conocidos como modos E y modos B. Si nos damos cuenta, los modos E tienen la propiedad de que si trazamos una línea recta vertical las figuras a ambos lados son simétricas. Los modos B no presentan dicha propiedad.
La importancia de determinar estos modos E y modos B estriba en lo siguiente:
- La polarización se adquiere por la interacción de la radiación del fondo cósmico con la materia. Por lo tanto, estudiar estas polarizaciones es importante para conocer la evolución del universo codificado en esa característica de la radiación de fondo.
- Los modos E son generados fundamentalmente, de forma inicial al crearse la radiación de fondo, por la interacción de los fotones con la materia que conformaba el universo en la época en la que se liberó la radiación cósmica de fondo.
- Los modos B son generados de forma inicial por ondas gravitacionales producidas en los primerísimos instantes de vida de nuestro universo. Encontrar y medir estos modos nos ayudará a entender los procesos iniciales del universo.
Sin embargo, la radiación cósmica de fondo desde que se creó ha ido viajando por el universo y se ha topado con estructuras, galaxias, etc. Además ha ido haciendo esto con un universo en evolución en el que tenemos estructuras a muy gran escala como supercúmulos de galaxias, etc. Esta estructura a gran escala estaba codificada en las fluctuaciones de temperatura de la radiación cósmica de fondo, porque regiones con mayor/menor densidad de energía dan lugar a regiones más frías/más calientes en el mapa de la radiación de fondo.
Lo interesante es que hay procesos en los que se pueden convertir modos E en modos B y estos procesos están relacionados con cuestiones fundamentales de la cosmología como veremos a continuación.
Origen secundario de los modos B
Como hemos dicho, los modos B pueden son aquellos que tienen un origen en las ondas gravitacionales que se crearon en los últimos instantes de la inflación, en el tiempo de frenado de la misma que es cuando se crearon los campos y las partículas que dieron lugar a nuestro universo.
Determinar los modos B primordiales, los originados por las ondas gravitacionales iniciales, es una tarea formidable desde el punto de vista tecnológico. Su intensidad es muy débil y están enmascarados por otros procesos que producen modos B secundarios.
Lo que han hecho en el proyecto POLARBEAR es determinar modos B secundarios en lugares del cielo limpios de polvo galáctico. Esto es interesante porque entonces se está seguro de que dichos modos B tienen un origen cosmológico y no por efectos de interacción de la radiación con la materia.
¿Entonces qué interés tiene medir estos modos B “secundarios”para la cosmología?
Los puntos fuertes son los siguientes:
- Su origen está en el efecto lente que ha hecho la estructura a gran escala del universo en los modos E primordiales para convertirlos en modos B secundarios.
- La distribución de modos B secundarios en el fondo de microondas depende de la suma de la masa de los neutrinos. Así podremos dar cotas a la suma de la masa de neutrinos por observaciones cosmológicas y ver si coinciden con las obtenidas por otros métodos.
- Su distribución tiene tres fuentes claras y diferenciables, la curvatura del universo, la energía oscura y la suma de la masa de los neutrinos. Por lo tanto, determinar dichos modos B supondrá dar cotas independientes y novedosas a esas cantidades fundamentales de la cosmología.
- El efecto lente de la estructura a gran escala que da lugar a la distribución de modos B secundarios depende de forma indirecta del espectro de modos B primarios producidos por ondas gravitacionales. Por lo tanto, conocer los secundarios arrojará luz sobre los primarios.
El efecto lente
Hemos hablado del efecto lente, ¿qué es eso?
Pues es una de las pruebas más maravillosas de la curvatura del espaciotiempo que inducen los sistemas con energía. Pongamos un ejemplo simple de efecto lente para capturar la idea.
Supongamos que en una noche limpia vemos una estrella en el cielo:
La luz nos llegará a nosotros idealmente en el camino más corto y le asignaremos una posición en el cielo.
Ahora, tiempo después, coincide que estamos en la misma posición pero el Sol tapa a la estrella. ¿La veríamos? La cosa está en que el Sol curva el espaciotiempo a su alrededor, por tanto algunos de los rayos de la estrella siguen los nuevos caminos de la geometría que induce el sol y nos llegan bordeándolo:
Entonces, dado que nosotros vemos la luz llegar, le asignamos una posición en línea recta siguiendo la tangente del camino que en realidad ha seguido la luz, y vemos la estrella en cuestión en una posición que no le corresponde.
Este proceso no solo modifica las posiciones sino que puede hacer que aparezcan varias imágenes de un mismo objeto:
Además de estos efectos, que son extremadamente chulos, induce cambios en la polarización y es capaz de generar modos B a partir de modos E como hemos comentado.
La radiación cósmica de fondo no es más que eso, luz, y a través de la evolución del universo se ha topado con muchas estructuras en formación y evolución. Así que ha sufrido estos procesos una y otra vez, por lo tanto, POLARBEAR ha encontrado modos B generados por este proceso de lente gravitacional sufrida por la radiación de fondo a causa de la estructura a gran escala del universo.
¿Por qué tanta alegría por mi parte?
Por tres motivos:
- El artículo ha sido publicado en una revista científica aunque lleva en la calle desde marzo. Aquí una entrada de Francis en la que habla del tema: Un buen polvo para un futuro premio Nobel.
- Ahora parece no haber duda de que los modos medidos son de origen cosmológico. Aunque no sean los modos B primordiales, estos modos secundarios nos harán aprender mucho de cosmología.
- Se abre la puerta a intentar encontrar, en los regímenes de la radiación de fondo concretos, los modos B primordiales.
Espero haber aclarado el tema.
Nos seguimos leyendo…
Archivado en: cosmología, experimentos Tagged: cosmología, estructura a gran escala, experimentos, inflación cosmológica, lente gravitatoria, modos B, ondas gravitacionales, polarización
Fuente
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