Los cosmólogos estudian el misterio de la energía oscura con el Telescopio del Polo Sur
Escrito por Kanijo en Astronomía, Física, Tecnología |
| Vista panorámica del lugar del SPT |
Algo está haciendo que el universo se separe. ¿Qué es, y adonde nos llevará? Científicos el Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago, buscan respuestas a estas preguntas con el recientemente encargado Telescopio del Polo Sur.
Helado y seco, con seis meses seguidos de noche al año, el Polo Sur en un lugar prohibido para vivir o trabajar. Pero en gran parte por las mismas razones, es uno de los mejores puntos del planeta para estudiar la débil radiación del fondo de microondas cósmico (CMB) dejada por el Big Bang. El Telescopio del Polo Sur de microondas de 10 metros (SPT), que comenzó a funcionar en febrero de 2007, está estudiando el CMB para obtener pistas sobre el nacimiento, evolución y destino final del universo.
El proyecto SPT, liderado por investigadores del Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago, tiene como objetivo ayudar a resolver un misterio cosmológico concreto – el de la energía oscura. Poco se sabe sobre esta fuerza, aparte e que trabaja contra la gravedad y parece haber acelerado la expansión del universo. Al contrario que la energía como la conocemos (y medimos), la energía oscura no parece actuar a través de ninguna de las fuerzas fundamentales de la naturaleza aparte de la gravedad. No puede detectarse directamente, por ejemplo, a través de la luz o de otras manifestaciones de la fuerza electromagnética. Las pruebas para la energía oscura son indirectas. Su existencia se propuso por primera vez en 1998 por los científicos que trataban de explicar datos inesperados de supernovas lejanas. Desde entonces, la investigación usando el Telescopio Espacial Hubble y otros instrumentos ha rastreado el impacto de la energía oscura hasta hace aproximadamente 9 mil millones de años, cuando el universo tenía 5 millones de años y las galaxias comenzaban a separarse entre sí a un ritmo más rápido.
Comprender el pasado: Predecir el futuro
Del estudio del CMB y lo que nos dice de la geometría del universo, los científicos estiman que la energía oscura forma entre un 70% y un 75% de la masa y energía combinadas del universo. Esto es aproximadamente tres veces más masas que la materia oscura, la cual no puede detectarse por la luz u otra radiación electromagnética pero ejerce un potente tirón gravitatorio sobre las galaxias. Sólo aproximadamente el 4% del cosmos es de materia común, la materia de la que estamos hechos y podemos ver.
Por tanto, sea lo que sea la energía oscura, su efecto es más potente que cualquier otra cosa a gran escala. También puede determinar el futuro del universo. Podría ganar fuerza y el universo terminaría separando toda su materia – incluso los núcleos atómicos (los cosmólogos llaman a esto el “big rip”). O podría debilitarse y permitir que la gravedad re-empaquetara el universo, en el conocido como “big crunch”, dando como resultado algo como la condición infinitamente densa en el punto del Big Bang. O tal vez simplemente la expansión actual continúe hasta que la mayoría de galaxias y estrellas estén demasiado alejadas para verlas.
¿Qué puede decirnos el SPT sobre el pasado y el futuro de la energía oscura? John E. Carlstrom, director del KICP y Distinguido Profesor S. Chandrasekhar de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago, dice que el telescopio está examinando cúmulos de galaxias para aprender el papel que desempeñó la energía oscura en su evolución. “Una de las cosas importantes que tenemos que aprender sobre la energía oscura el qué ha influencia ha tenido sobre la estructura”. Dice Carlstrom. Si los científicos pueden aprender cómo la densidad de los cúmulos ha cambiado con el tiempo, dice que pueden determinar “restricciones a la ecuación de estado de la energía oscura”. Es decir, Pueden hacerse una idea más precisa de si la energía oscura está llevándonos hacia un big rip, un big crunch o algo intermedio. El telescopio está buscando específicamente el efecto Sunyaev-Zel’dovich (SZ), una distorsión de la radiación del CMB provocada por el gas altamente energizado de los cúmulos de galaxias. Cuando los fotones que se originaron en el CMB atraviesan los cúmulos, interactúan con electrones y tienden a dispersarse, creando ligeras variaciones en la temperatura – sombras sobre el fondo de microondas – que el SPT detecta con una batería de 1000 sensores enfriados casi al cero absoluto. El SPT estudiará aproximadamente un quinto de todo el cielo del sur y se espera que detecte miles de cúmulos. Analizando los datos obtenidos de telescopios ópticos, los científicos determinarán la masa, distancia y edad de los cúmulos. Entonces cartografiarán los cúmulos en el espacio y el tiempo para ver cómo evolucionó su densidad y estructura a lo largo de miles de millones de años bajo los tirones opuestos de la materia y la energía oscuras. Espera aprender cuánto poder ejerció la energía oscura en las etapas iniciales del universo, cómo evolucionó para dominar el universo, y por extensión, cuánto poder puede ejercer en el futuro.
De vuelta al Big Bang
La actividad del SPT no terminará con esta investigación de cúmulos galácticos. Otro proyecto usará el telescopio para escanear el CMB buscando fluctuaciones en su polarización. Así como la luz visible, la radiación de microondas del Big Bang tiene ondas moviéndose en campos electromagnéticos a distintos ángulos, algunos arriba-abajo y otros de lado a lado. Las observaciones con otro instrumento del Polo Sur, el Interferómetro de Escala Angular de Grados (DASI), han confirmado que el CMB está polarizado como se esperaba de las teorías predominantes de la física del Big Bang. Los investigadores ahora quieren usar el más sensible SPT para buscar variaciones de minutos en la polarización del CMB que marca la presencia de enormes ondas gravitatorias.
Stephan Meyer, directos asociado del KICP y Profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago, dice que las ondas son “una fracción razonable del tamaño del universo” en longitud y habrían sido generadas en la “época inflacionaria” del Big Bang. Este fue el momento en que el universo tenía apenas 10-50 segundos de antigüedad y la materia aún no se había agrupado en neutrones y protones. “En realidad no comprendemos la física de esa era”, dice Meyer. Un nuevo conjunto de sensores, capaces de detectar la polarización así como el calor, se está construyendo en la Universidad de Chicago y debería estar listo para su instalación en el SPT para el verano austral (el invierno del norte) de 2009-10.
Carlstrom y Meyer han hecho múltiples viajes al Polo Sur desde mediados de los años 90. Meyer lo define como “algo monótono … no hay bichos, ni niños” pero dice que hay “una belleza brutal y austera en todo eso”. Carlstrom apunta que, a pesar de lo remoto que está el Polo, tiene una “infraestructura muy bien desarrollada” gracias a la Fundación Nacional de Ciencia y su Oficina de Programas Polares. Aún así, instalar un telescopio 280 toneladas y 25 metros de alto en el Polo Sur es una gran hazaña logística. Carlstrom comenta con algo de orgullo que él y su equipo (es el investigador principal en el proyecto SPT) necesitaron sólo tres meses del verano austral de 2006-07 para ensamblar el SPT, aislarlo y ponerlo en marcha.
Fecha Original: 24 de marzo de 2008
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