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viernes, 22 de marzo de 2013

ESA - Planck desvela un Universo casi perfecto

The anisotropies of the Cosmic microwave background (CMB) as observed by Planck. The CMB is a snapshot of the oldest light in our Universe, imprinted on the sky when the Universe was just 380 000 years old. It shows tiny temperature fluctuations that correspond to regions of slightly different densities, representing the seeds of all future structure: the stars and galaxies of today.

El fondo cósmico de microondas desvelado por Planck

21 marzo 2013 El telescopio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea ha elaborado el mapa más detallado hasta la fecha del fondo cósmico de microondas – la radiación fosilizada del Big Bang. Este nuevo mapa ha sido presentado esta mañana, y presenta características que desafían los cimientos de los modelos cosmológicos actuales.
Esta primera imagen está basada en los datos recogidos durante los primeros 15.5 meses de observaciones de Planck, y es su primer mapa a cielo completo de la luz más antigua del Universo, grabada en el firmamento cuando éste apenas tenía 380.000 años.
Por aquel entonces, el Universo primigenio estaba formado por una sopa caliente de protones, electrones y fotones que interactuaban a unos 2.700°C. La primera luz surgió cuando los protones y los electrones comenzaron a juntarse para formar átomos de hidrógeno. A medida que el Universo se continúa expandiendo, esta radiación se ha ido desplazando hacia las longitudes de onda de las microondas, el equivalente a una temperatura de 2.7 grados por encima del cero absoluto.
Este fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés) muestra pequeñas fluctuaciones en la temperatura que se corresponden con regiones que presentaban una densidad ligeramente diferente en los primeros instantes de la historia del Universo: las semillas de todas las estructuras, estrellas y galaxias, que vemos hoy en día.
Según el modelo cosmológico estándar, estas fluctuaciones se produjeron inmediatamente después del Big Bang, y crecieron hasta alcanzar una escala cósmica durante un breve periodo de expansión acelerada conocido como inflación.
Planck fue diseñado para trazar un mapa de estas fluctuaciones a lo largo de todo el firmamento, con la mayor resolución y sensibilidad disponibles hasta la fecha. El análisis de la naturaleza y de la distribución de estas semillas sobre el mapa del fondo cósmico nos ayudará a determinar la composición y la evolución del Universo desde su nacimiento hasta la actualidad.

Anomalías detectadas por Planck

Lo más importante es que este mapa elaborado por la misión Planck de la ESA permitirá confirmar el modelo cosmológico estándar con una precisión sin precedentes, fijando una nueva referencia en nuestro inventario del Universo.
Sin embargo, la precisión de los datos de Planck es tan alta que también han desvelado una serie de características inexplicables para las que será necesario desarrollar nuevas teorías físicas.
“La extraordinaria calidad de este retrato de la infancia del Universo realizado por Planck nos permite ir apartando capas hasta observar directamente sus cimientos, demostrando que nuestro mapa del cosmos dista mucho de estar completo. Estos descubrimientos han sido posibles gracias a la tecnología desarrollada específicamente para esta misión por la industria europea”, comenta Jean-Jacques Dordain, Director General de la ESA.
“Desde la publicación de la primera imagen a cielo completo de Planck en el año 2010, hemos analizado y extraído cuidadosamente todas las interferencias que se interponían entre los sensores de Planck y la primera luz del Universo, desvelando el fondo cósmico de microondas con un nivel de detalle sin precedentes”, añade George Efstathiou de la Universidad de Cambridge, Reino Unido.

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Asimetría y región fría

Uno de los descubrimientos más sorprendentes es que las fluctuaciones en la temperatura de la señal CMB a grandes escalas angulares no se ajusta con las predicciones del modelo estándar – la intensidad de la señal es menor de la que cabría esperar a partir de la estructura a menor escala desvelada por Planck.
Otra singularidad desvelada por esta misión es la asimetría en la temperatura media de los dos hemisferios celestes. Esto contradice la hipótesis del modelo estándar de que el Universo debería ser similar, a grandes rasgos, en cualquier dirección del espacio.
Planck también ha detectado una región fría en el firmamento mucho más grande de lo esperado.
El predecesor de Planck, la misión WMAP de la NASA, ya había detectado indicios de esta asimetría y de la región fría, pero se ignoraron en su día al pensar que se trataban de errores de medida.
“Ahora que Planck ha detectado de nuevo estas anomalías con un gran nivel de detalle elimina cualquier duda sobre su existencia; ya no podemos decir que sean errores de medida. Son reales, y tenemos que buscar una teoría que explique su existencia”, comenta Paolo Natoli de la Universidad de Ferrara, Italia.
“Imagina que estás inspeccionando los cimientos de una casa y encuentras varios puntos débiles. Eres incapaz de determinar si van a provocar que la casa se derrumbe, pero lo más probable es que empieces a buscar una forma de reforzarlos lo antes posible”, explica François Bouchet del Instituto de Astrofísica de París.
Una forma de explicar estas anomalías sería asumir que el Universo no es igual en todas las direcciones, en una escala mayor de la observable. En este escenario, los rayos de luz de la señal CMB podrían haber seguido una ruta mucho más complicada de lo que se pensaba para cruzar el Universo, provocando algunos de los extraños patrones detectados en la imagen presentada esta mañana.
“Nuestro último objetivo sería elaborar un nuevo modelo cosmológico capaz de describir y relacionar estas anomalías. Pero todavía es pronto; de momento no sabemos si algo así sería posible, ni qué tipo de teorías físicas serían necesarias. Y esto es lo más emocionante”, concluye Efstathiou.

La nueva receta del Universo

Dejando las anomalías a un lado, los datos de Planck se ajustan de forma espectacular a lo predicho por un modelo relativamente sencillo del Universo, lo que ha permitido refinar los valores que describen sus ingredientes.
La materia normal, de la que están formadas las estrellas y las galaxias, apenas constituye el 4.9% de la materia y la energía del Universo. La materia oscura, que de momento sólo ha sido detectada de forma indirecta a través de sus efectos gravitatorios, constituye el 26.8%, casi una quinta parte más de lo que se pensaba inicialmente.
Sin embargo, la energía oscura, la fuerza misteriosa que sería la responsable de acelerar la expansión del Universo, constituye una fracción mucho menor de lo esperado.
Los datos de Planck también han fijado un nuevo valor para la tasa de expansión del Universo actual, conocida como la constante de Hubble: 67.15 km/s/Mpc, un valor considerablemente inferior al estándar utilizado en astronomía. Estos datos implican que la edad del Universo es 13.820 millones de años.
“Gracias a la precisión y al nivel de detalle de los mapas del cielo en microondas elaborados por Planck, nos encontramos ante un nuevo cuadro del Universo que nos acerca a los límites de las teorías cosmológicas actuales”, comenta Jan Tauber, Científico del Proyecto Planck para la ESA.
“Podemos ver que se ajusta casi a la perfección al modelo cosmológico estándar, pero también presenta intrigantes anomalías que nos llevan a replantearnos algunas de las hipótesis más básicas”.
“Este es el comienzo de un nuevo viaje, y esperamos que el análisis continuado de los datos de Planck nos ayude a resolver este misterio”.

El próximo día 22 de marzo se publicará una serie de artículos científicos que describen estos nuevos resultados.
Los enlaces disponibles en el menú de la derecha proporcionan más información sobre los temas presentados en esta nota de prensa.
Los nuevos datos de Planck están basados en los primeros 15.5 meses de observación del cielo completo. El telescopio espacial Planck, lanzado en 2009, fue diseñado para trazar un mapa del firmamento en nueve frecuencias diferentes, utilizando para ello dos instrumentos de última tecnología: el Instrumento de Baja Frecuencia (LFI), que cubre las bandas de 30-70 GHz, y el Instrumento de Alta Frecuencia (HFI), que cubre las bandas de 100-857 GHZ. HFI completó su misión en enero de 2012, mientras que LFI continúa operativo.
La primera imagen a cielo completo obtenida por Planck fue presentada en 2010, y un año más tarde se publicaron los primeros resultados científicos basados en ella. Desde aquella, los científicos han estado extrayendo las interferencias provocadas por las fuentes de radiación interpuestas entre el satélite y la primera luz del Universo para desvelar el mapa de la señal CMB presentado esta mañana. El próximo conjunto de datos cosmológicos será presentado a principios de 2014.
La Colaboración Científica de Planck está formada por todos los científicos que han contribuido al desarrollo de la misión, y que participan en el estudio científico de sus datos durante el periodo de exclusividad. Estos científicos son miembros de uno o más consorcios: el Consorcio LFI, el Consorcio HFI, el Consorcio DK-Planck y la Oficina de Ciencia de Planck de la ESA. Los dos Centros Europeos de Procesado de Datos de Planck están ubicados en París, Francia, y en Trieste, Italia.
El Consorcio LFI está dirigido por N. Mandolesi, de la Agencia Espacial Italiana (ASI), Italia (IP adjunto: M. Bersanelli, Universidad de Milán, Italia), y fue el responsable del desarrollo y de las operaciones del instrumento LFI. El Consorcio HFI está dirigido por J.L. Puget, del Instituto de Astrofísica Espacial en Orsay, Francia (IP adjunto: F. Bouchet, Instituto de Astrofísica de París, Francia), y fue el responsable del desarrollo y de las operaciones del instrumento HFI.
El Instituto de Astrofísica Espacial en Orsay es una Unidad Mixta de Investigación (UMR 8617) del CNRS (Centro Nacional Francés de Investigación Científica) y la Universidad de París-Sur 11. El Instituto de Astrofísica de París es una Unidad Mixta de Investigación (UMR 7095) del CNRS y la Universidad Pierre y Marie Curie de París.
El desarrollo de la misión Planck fue posible gracias a la contribución tecnológica y económica de los Estados miembros de la ESA. Más del 40% del coste de desarrollo de la misión fue sufragado por las agencias que desarrollaron los instrumentos HFI y LFI. Francia e Italia, a través de sus dos principales agencias de financiación, CNES y ASI, y de sus centros nacionales de investigación aportaron más de la mitad de la financiación nacional.
La contribución de los Estados miembros de la ESA es incluso más significativa en la parte de las operaciones científicas de la misión y en el procesado de sus datos.
Los Estados miembros de la ESA también aportaron tecnologías clave a la misión, como el innovador refrigerador que permitió mantener los instrumentos del satélite a una décima de grado por encima del cero absoluto (-273.15°C). La NASA también aportó importantes tecnologías y elementos de la carga útil de la Planck.

Para más información:
Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int

Science contacts:
George Efstathiou
University of Cambridge, UK
Tel: +44 1223 337530
Email: gpe@ast.cam.ac.uk

François Bouchet
Institut d’Astrophysique de Paris, France
Tel: +33 1 44 32 80 95
Email: bouchet@iap.fr

Paolo Natoli
University of Ferrara, Italy
Tel: +39 0532 97 42 44
Email: Paolo.Natoli@unife.it

Jan Tauber
ESA Planck Project Scientist
Tel: +31 71 565 5342
Email: Jan.Tauber@esa.int

Para más información:
ESA Media Relations
Email: media@esa.int
Tel: +33.(0)1.5369.7299
Fax: +33.(0)1.5369.7690

Cosmic microwave background seen by Planck

21 March 2013 Acquired by ESA’s Planck space telescope, the most detailed map ever created of the cosmic microwave background – the relic radiation from the Big Bang – was released today revealing the existence of features that challenge the foundations of our current understanding of the Universe.
The image is based on the initial 15.5 months of data from Planck and is the mission’s first all-sky picture of the oldest light in our Universe, imprinted on the sky when it was just 380 000 years old.
At that time, the young Universe was filled with a hot dense soup of interacting protons, electrons and photons at about 2700ºC. When the protons and electrons joined to form hydrogen atoms, the light was set free. As the Universe has expanded, this light today has been stretched out to microwave wavelengths, equivalent to a temperature of just 2.7 degrees above absolute zero.
This ‘cosmic microwave background’ – CMB – shows tiny temperature fluctuations that correspond to regions of slightly different densities at very early times, representing the seeds of all future structure: the stars and galaxies of today.
According to the standard model of cosmology, the fluctuations arose immediately after the Big Bang and were stretched to cosmologically large scales during a brief period of accelerated expansion known as inflation.
Planck was designed to map these fluctuations across the whole sky with greater resolution and sensitivity than ever before. By analysing the nature and distribution of the seeds in Planck’s CMB image, we can determine the composition and evolution of the Universe from its birth to the present day.

Planck’s anomalous sky

Overall, the information extracted from Planck’s new map provides an excellent confirmation of the standard model of cosmology at an unprecedented accuracy, setting a new benchmark in our manifest of the contents of the Universe.
But because precision of Planck’s map is so high, it also made it possible to reveal some peculiar unexplained features that may well require new physics to be understood.
“The extraordinary quality of Planck’s portrait of the infant Universe allows us to peel back its layers to the very foundations, revealing that our blueprint of the cosmos is far from complete. Such discoveries were made possible by the unique technologies developed for that purpose by European industry,” says Jean-Jacques Dordain, ESA’s Director General.
“Since the release of Planck’s first all-sky image in 2010, we have been carefully extracting and analysing all of the foreground emissions that lie between us and the Universe’s first light, revealing the cosmic microwave background in the greatest detail yet,” adds George Efstathiou of the University of Cambridge, UK.
One of the most surprising findings is that the fluctuations in the CMB temperatures at large angular scales do not match those predicted by the standard model – their signals are not as strong as expected from the smaller scale structure revealed by Planck.
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Asymmetry and cold spot

Another is an asymmetry in the average temperatures on opposite hemispheres of the sky. This runs counter to the prediction made by the standard model that the Universe should be broadly similar in any direction we look.
Furthermore, a cold spot extends over a patch of sky that is much larger than expected.
The asymmetry and the cold spot had already been hinted at with Planck’s predecessor, NASA’s WMAP mission, but were largely ignored because of lingering doubts about their cosmic origin.
“The fact that Planck has made such a significant detection of these anomalies erases any doubts about their reality; it can no longer be said that they are artefacts of the measurements. They are real and we have to look for a credible explanation,” says Paolo Natoli of the University of Ferrara, Italy.
“Imagine investigating the foundations of a house and finding that parts of them are weak. You might not know whether the weaknesses will eventually topple the house, but you’d probably start looking for ways to reinforce it pretty quickly all the same,” adds François Bouchet of the Institut d’Astrophysique de Paris.
One way to explain the anomalies is to propose that the Universe is in fact not the same in all directions on a larger scale than we can observe. In this scenario, the light rays from the CMB may have taken a more complicated route through the Universe than previously understood, resulting in some of the unusual patterns observed today.
“Our ultimate goal would be to construct a new model that predicts the anomalies and links them together. But these are early days; so far, we don’t know whether this is possible and what type of new physics might be needed. And that’s exciting,” says Professor Efstathiou.

New cosmic recipe

Beyond the anomalies, however, the Planck data conform spectacularly well to the expectations of a rather simple model of the Universe, allowing scientists to extract the most refined values yet for its ingredients.

Normal matter that makes up stars and galaxies contributes just 4.9% of the mass/energy density of the Universe. Dark matter, which has thus far only been detected indirectly by its gravitational influence, makes up 26.8%, nearly a fifth more than the previous estimate.

Conversely, dark energy, a mysterious force thought to be responsible for accelerating the expansion of the Universe, accounts for less than previously thought.

Finally, the Planck data also set a new value for the rate at which the Universe is expanding today, known as the Hubble constant. At 67.15 kilometres per second per megaparsec, this is significantly less than the current standard value in astronomy. The data imply that the age of the Universe is 13.82 billion years.

“With the most accurate and detailed maps of the microwave sky ever made, Planck is painting a new picture of the Universe that is pushing us to the limits of understanding current cosmological theories,” says Jan Tauber, ESA’s Planck Project Scientist.

“We see an almost perfect fit to the standard model of cosmology, but with intriguing features that force us to rethink some of our basic assumptions.

“This is the beginning of a new journey and we expect that our continued analysis of Planck data will help shed light on this conundrum.”

Notes for Editors

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