El fondo cósmico de microondas. PLanck/ESA.
Sucedió el 21 de marzo de 2013. La prensa científica de todo el mundo se había congregado en la sede parisina de la ESA o se había conectado online, junto a una multitud de científicos, para presenciar el momento en que la misión Planck de la ESA revelaría su ‘imagen’ del cosmos. Una imagen capturada no en luz visible, sino en microondas.
Mientras que la luz que nuestros ojos puede ver está compuesta por pequeñas longitudes de onda, de menos de una milésima de milímetro, la radiación que estaba detectando Planck abarcaba longitudes algo mayores, de unas décimas de milímetro a varios milímetros. Y sobre todo, se había generado en los albores del Universo.
Esta radiación se conoce colectivamente como fondo cósmico de microondas. Al medir sus minúsculas diferencias a lo largo del firmamento, la imagen de Planck era capaz de hablarnos sobre la edad, la expansión, la historia y el contenido del Universo. Nada más y nada menos que un primer plano cósmico.
Los astrónomos sabían lo que buscaban. Dos misiones de la NASA, COBE a principios de los noventa, y WMAP durante la década siguiente, ya habían llevado a cabo una serie de estudios análogos del firmamento que proporcionaron imágenes similares. Pero carecían de la precisión y la nitidez de Planck.
La nueva vista mostraría la impronta del Universo temprano con un detalle sin precedentes. Y había mucho en juego. Si nuestro modelo del Universo era correcto, Planck lo confirmaría con unos niveles de precisión inauditos. Si el modelo estaba equivocado, Planck mandaría a los científicos de vuelta a la mesa de dibujo.
Universo casi perfecto
Una vez revelada la imagen, los datos confirmaron el modelo. Respondía con tal precisión a las expectativas que no cabía extraer otra conclusión: Planck nos mostraba un ‘universo casi perfecto’. Pero ¿por qué ‘casi’? Porque quedaban algunas anomalías, que se convertirían en el objetivo de la investigación futura.
Ahora, cinco años después, el Consorcio Planck acaba de publicar los datos definitivos del legado de Planck. El mensaje de la misión es el mismo, e incluso se ve reforzado.
“Se trata del legado más importante de Planck , señala Jan Tauber, científico del proyecto Planck de la ESA. Hasta el momento, el modelo cosmológico estándar ha superado todas las pruebas y Planck ha efectuado las mediciones que lo demuestran”.
Todos los modelos de cosmología se basan en la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Para reconciliar las ecuaciones de la relatividad general con un amplio abanico de observaciones, incluidas las de la radiación cósmica de fondo, el modelo estándar incorpora la acción de dos componentes desconocidos.
En primer lugar, un componente de materia atractivo, denominado materia oscura fría y que, a diferencia la materia común, no interactúa con la luz. En segundo lugar, una forma repulsiva de energía, conocida como energía oscura, que promueve la actual expansión acelerada del Universo. Se ha descubierto que son componentes esenciales para explicar nuestro cosmos junto a la materia común conocida. Pero por el momento no sabemos qué son exactamente estos componentes exóticos.
Mientras que la luz que nuestros ojos puede ver está compuesta por pequeñas longitudes de onda, de menos de una milésima de milímetro, la radiación que estaba detectando Planck abarcaba longitudes algo mayores, de unas décimas de milímetro a varios milímetros. Y sobre todo, se había generado en los albores del Universo.
Esta radiación se conoce colectivamente como fondo cósmico de microondas. Al medir sus minúsculas diferencias a lo largo del firmamento, la imagen de Planck era capaz de hablarnos sobre la edad, la expansión, la historia y el contenido del Universo. Nada más y nada menos que un primer plano cósmico.
Los astrónomos sabían lo que buscaban. Dos misiones de la NASA, COBE a principios de los noventa, y WMAP durante la década siguiente, ya habían llevado a cabo una serie de estudios análogos del firmamento que proporcionaron imágenes similares. Pero carecían de la precisión y la nitidez de Planck.
La nueva vista mostraría la impronta del Universo temprano con un detalle sin precedentes. Y había mucho en juego. Si nuestro modelo del Universo era correcto, Planck lo confirmaría con unos niveles de precisión inauditos. Si el modelo estaba equivocado, Planck mandaría a los científicos de vuelta a la mesa de dibujo.
Universo casi perfecto
Una vez revelada la imagen, los datos confirmaron el modelo. Respondía con tal precisión a las expectativas que no cabía extraer otra conclusión: Planck nos mostraba un ‘universo casi perfecto’. Pero ¿por qué ‘casi’? Porque quedaban algunas anomalías, que se convertirían en el objetivo de la investigación futura.
Ahora, cinco años después, el Consorcio Planck acaba de publicar los datos definitivos del legado de Planck. El mensaje de la misión es el mismo, e incluso se ve reforzado.
“Se trata del legado más importante de Planck , señala Jan Tauber, científico del proyecto Planck de la ESA. Hasta el momento, el modelo cosmológico estándar ha superado todas las pruebas y Planck ha efectuado las mediciones que lo demuestran”.
Todos los modelos de cosmología se basan en la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Para reconciliar las ecuaciones de la relatividad general con un amplio abanico de observaciones, incluidas las de la radiación cósmica de fondo, el modelo estándar incorpora la acción de dos componentes desconocidos.
En primer lugar, un componente de materia atractivo, denominado materia oscura fría y que, a diferencia la materia común, no interactúa con la luz. En segundo lugar, una forma repulsiva de energía, conocida como energía oscura, que promueve la actual expansión acelerada del Universo. Se ha descubierto que son componentes esenciales para explicar nuestro cosmos junto a la materia común conocida. Pero por el momento no sabemos qué son exactamente estos componentes exóticos.
Primeros datos
Planck se lanzó en 2009 y recopiló datos hasta 2013. El primer lanzamiento de datos, que mostraba el Universo casi perfecto, tuvo lugar en la primavera de ese año. Se basaban únicamente en la temperatura de la radiación cósmica de fondo y solo empleaba los dos primeros estudios del firmamento de la misión.
Los datos también presentaban pruebas adicionales de una fase muy temprana de expansión acelerada, denominada inflación, en la primera minúscula fracción de un segundo en la historia del Universo, durante la cual surgió el germen de todas las estructuras cósmicas. Al proporcionar una medida cuantitativa de la distribución relativa de estas fluctuaciones primigenias, Planck ofreció la confirmación más clara jamás obtenida del escenario inflacionario.
Además de cartografiar la temperatura del fondo cósmico de microondas a lo largo de firmamento con una precisión sin precedentes, Planck también midió su polarización, que indica si la luz vibra en una dirección preferente.
La polarización de la radiación cósmica de fondo ofrece una huella de la última interacción entre la radiación y las partículas de materia del Universo temprano, y como tal contiene información adicional y fundamental sobre la historia del cosmos. Además, también contiene información sobre los primeros instantes del Universo y nos proporciona claves para comprender su nacimiento.
En 2015, un segundo lanzamiento de datos recogía todos los datos recopilados durante la misión, que abarcaba ocho estudios del firmamento. Incluía la temperatura y la polarización, pero venía con una advertencia.
“Sabíamos que la calidad de algunos de los datos de polarización no era suficiente para utilizarse en cosmología”, reconoce Jan. Y añade que, por supuesto, eso no les impidió seguir adelante, aunque ciertas conclusiones extraídas en ese momento precisarían de confirmación y, por lo tanto, deberían tratarse con cautela.
Y ese es el gran cambio que aporta este lanzamiento de datos de 2018. El Consorcio Planck los ha procesado de nuevo. La mayoría de señales tempranas que exigían precaución han desaparecido. Los científicos ahora están seguros de que tanto la temperatura como la polarización se han determinado de forma precisa.
Modelo cosmológico basado en la temperatura
“Estamos convencidos de que podemos obtener un modelo cosmológico basado únicamente en la temperatura, únicamente en la polarización o basado en ambas magnitudes. Y todos coinciden”, explica Reno Mandolesi, principal investigador del instrumento LFI de Planck en la Universidad de Ferrara (Italia).
“Desde 2015, otros experimentos han ido recopilando más datos astrofísicos y se han llevado a cabo nuevos análisis cosmológicos, combinando observaciones de la radiación cósmica de fondo a pequeñas escalas con observaciones de galaxias, cúmulos galácticos y supernovas, que en la mayoría de casos han mejorado la coherencia con los datos de Planck y el modelo cosmológico que respalda”, añade Jean-Loup Puget, principal investigador del instrumento HFI de Planck en el Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay (Francia).
Se trata de toda una proeza e implica que los cosmólogos pueden estar seguros de que su descripción del Universo, con materia común, materia oscura fría y energía oscura, y poblado por estructuras surgidas durante una fase temprana de expansión inflacionaria, es correcto en su mayor parte.
Aún quedan por explicar algunas anomalías, o tensiones, como las llaman los cosmólogos. Con su Universo casi perfecto, la misión ha confirmado a los investigadores sus modelos, salvo por un par de detalles que habrá que resolver. En otras palabras: lo mejor de dos mundos.
Planck se lanzó en 2009 y recopiló datos hasta 2013. El primer lanzamiento de datos, que mostraba el Universo casi perfecto, tuvo lugar en la primavera de ese año. Se basaban únicamente en la temperatura de la radiación cósmica de fondo y solo empleaba los dos primeros estudios del firmamento de la misión.
Los datos también presentaban pruebas adicionales de una fase muy temprana de expansión acelerada, denominada inflación, en la primera minúscula fracción de un segundo en la historia del Universo, durante la cual surgió el germen de todas las estructuras cósmicas. Al proporcionar una medida cuantitativa de la distribución relativa de estas fluctuaciones primigenias, Planck ofreció la confirmación más clara jamás obtenida del escenario inflacionario.
Además de cartografiar la temperatura del fondo cósmico de microondas a lo largo de firmamento con una precisión sin precedentes, Planck también midió su polarización, que indica si la luz vibra en una dirección preferente.
La polarización de la radiación cósmica de fondo ofrece una huella de la última interacción entre la radiación y las partículas de materia del Universo temprano, y como tal contiene información adicional y fundamental sobre la historia del cosmos. Además, también contiene información sobre los primeros instantes del Universo y nos proporciona claves para comprender su nacimiento.
En 2015, un segundo lanzamiento de datos recogía todos los datos recopilados durante la misión, que abarcaba ocho estudios del firmamento. Incluía la temperatura y la polarización, pero venía con una advertencia.
“Sabíamos que la calidad de algunos de los datos de polarización no era suficiente para utilizarse en cosmología”, reconoce Jan. Y añade que, por supuesto, eso no les impidió seguir adelante, aunque ciertas conclusiones extraídas en ese momento precisarían de confirmación y, por lo tanto, deberían tratarse con cautela.
Y ese es el gran cambio que aporta este lanzamiento de datos de 2018. El Consorcio Planck los ha procesado de nuevo. La mayoría de señales tempranas que exigían precaución han desaparecido. Los científicos ahora están seguros de que tanto la temperatura como la polarización se han determinado de forma precisa.
Modelo cosmológico basado en la temperatura
“Estamos convencidos de que podemos obtener un modelo cosmológico basado únicamente en la temperatura, únicamente en la polarización o basado en ambas magnitudes. Y todos coinciden”, explica Reno Mandolesi, principal investigador del instrumento LFI de Planck en la Universidad de Ferrara (Italia).
“Desde 2015, otros experimentos han ido recopilando más datos astrofísicos y se han llevado a cabo nuevos análisis cosmológicos, combinando observaciones de la radiación cósmica de fondo a pequeñas escalas con observaciones de galaxias, cúmulos galácticos y supernovas, que en la mayoría de casos han mejorado la coherencia con los datos de Planck y el modelo cosmológico que respalda”, añade Jean-Loup Puget, principal investigador del instrumento HFI de Planck en el Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay (Francia).
Se trata de toda una proeza e implica que los cosmólogos pueden estar seguros de que su descripción del Universo, con materia común, materia oscura fría y energía oscura, y poblado por estructuras surgidas durante una fase temprana de expansión inflacionaria, es correcto en su mayor parte.
Aún quedan por explicar algunas anomalías, o tensiones, como las llaman los cosmólogos. Con su Universo casi perfecto, la misión ha confirmado a los investigadores sus modelos, salvo por un par de detalles que habrá que resolver. En otras palabras: lo mejor de dos mundos.