Las anisotropías del fondo cósmico de microondas, o CMB, según lo observado por la misión Planck de la ESA. El CMB es una instantánea de la luz más antigua de nuestro cosmos, impreso en el cielo cuando el Universo tenía solo 380 000 años. Muestra pequeñas fluctuaciones de temperatura que corresponden a regiones de densidades ligeramente diferentes, que representan las semillas de toda estructura futura:las estrellas y galaxias de hoy. La primera vista de esta secuencia muestra anisotropías en la temperatura del CMB a la resolución completa obtenida por Planck. En la segunda vista, las anisotropías de temperatura se han filtrado para mostrar mayoritariamente la señal detectada en escalas alrededor de 5º en el cielo. La tercera vista muestra las anisotropías de temperatura filtradas con una indicación adicional de la dirección de la fracción polarizada del CMB. Una pequeña fracción del CMB está polarizada:vibra en la dirección preferida. Este es el resultado del último encuentro de esta luz con electrones, justo antes de iniciar su viaje cósmico. Por esta razón, la polarización del CMB retiene información sobre la distribución de la materia en el Universo temprano, y su patrón en el cielo sigue el de las pequeñas fluctuaciones observadas en la temperatura del CMB. Estas imágenes se basan en datos de la versión Planck Legacy, la publicación de datos final de la misión, publicado en julio de 2018. Crédito:Colaboración ESA / Planck
El satélite Planck de la ESA no ha encontrado nuevas pruebas de las desconcertantes anomalías cósmicas que aparecieron en su mapa de temperaturas del Universo. El último estudio no descarta la relevancia potencial de las anomalías, pero sí significa que los astrónomos deben trabajar aún más para comprender el origen de estas características desconcertantes.
Los últimos resultados de Planck provienen de un análisis de la polarización de la radiación de fondo de microondas cósmico (CMB), la luz más antigua de la historia cósmica, lanzado cuando el Universo tenía solo 380 000 años.
El análisis inicial del satélite, que se hizo público en 2013, concentrado en la temperatura de esta radiación a través del cielo. Esto permite a los astrónomos investigar el origen y la evolución del cosmos. Si bien en su mayoría confirmó la imagen estándar de cómo evoluciona nuestro Universo, El primer mapa de Planck también reveló una serie de anomalías que son difíciles de explicar dentro del modelo estándar de cosmología.
Las anomalías son rasgos débiles en el cielo que aparecen a grandes escalas angulares. Definitivamente no son artefactos producidos por el comportamiento del satélite o el procesamiento de datos, pero son lo suficientemente débiles como para que puedan ser fluctuaciones estadísticas, fluctuaciones que son extremadamente raras pero no descartadas por completo por el modelo estándar.
Alternativamente, las anomalías podrían ser un signo de 'nueva física', el término utilizado para procesos naturales aún no reconocidos que ampliarían las leyes conocidas de la física.
Para investigar más a fondo la naturaleza de las anomalías, el equipo de Planck analizó la polarización del CMB, que fue revelado después de un análisis minucioso de los datos multifrecuencia diseñados para eliminar las fuentes de emisión de microondas en primer plano, incluyendo gas y polvo en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.
Un resumen de los casi 14 mil millones de años de historia del Universo, mostrando en particular los eventos que contribuyeron al Fondo Cósmico de Microondas, o CMB. La línea de tiempo en la parte superior de la ilustración muestra una vista artística de la evolución del cosmos a gran escala. Los procesos representados van desde la inflación, la breve era de expansión acelerada que experimentó el Universo cuando tenía una pequeña fracción de segundo, al lanzamiento del CMB, la luz más antigua de nuestro Universo, impreso en el cielo cuando el cosmos tenía solo 380 000 años; y desde la "Edad Media" hasta el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias, que reionizó el Universo cuando tenía unos cientos de millones de años, todo el camino hasta la actualidad. Diminutas fluctuaciones cuánticas generadas durante la época inflacionaria son las semillas de la estructura futura:las estrellas y galaxias de hoy. Después del final de la inflación, Las partículas de materia oscura comenzaron a agruparse alrededor de estas semillas cósmicas, construyendo lentamente una red cósmica de estructuras. Más tarde, después del lanzamiento del CMB, la materia normal comenzó a caer en estas estructuras, eventualmente dando lugar a estrellas y galaxias. Los insertos a continuación muestran una vista ampliada de algunos de los procesos microscópicos que tienen lugar durante la historia cósmica:desde las pequeñas fluctuaciones generadas durante la inflación, a la densa sopa de luz y partículas que llenaron el Universo primitivo; desde la última dispersión de luz de electrones, que dio origen al CMB y su polarización, a la reionización del Universo, causado por las primeras estrellas y galaxias, que indujo polarización adicional en el CMB. Crédito:ESA
Esta señal es la mejor medida hasta la fecha de los llamados modos E de polarización CMB, y se remonta a la época en que se formaron los primeros átomos en el Universo y se liberó el CMB. Se produce por la forma en que la luz se dispersó de las partículas de electrones justo antes de que los electrones se reunieran en átomos de hidrógeno.
La polarización proporciona una vista casi independiente del CMB, así que si las anomalías también aparecieran allí, esto aumentaría la confianza de los astrónomos de que podrían ser causados por la nueva física en lugar de ser casualidades estadísticas.
Si bien Planck no se diseñó originalmente para centrarse en la polarización, sus observaciones se han utilizado para crear los mapas de todo el cielo más precisos de la polarización del CMB hasta la fecha. Estos fueron publicados en 2018, mejorando enormemente la calidad de los primeros mapas de polarización de Planck, lanzado en 2015.
Cuando el equipo de Planck analizó estos datos, no vieron ningún signo obvio de las anomalías. A lo mejor, el analisis, publicado hoy en Astronomía y Astrofísica , reveló algunos indicios débiles de que algunas de las anomalías pueden estar presentes.
"Las medidas de polarización de Planck son fantásticas, "dice Jan Tauber, Científico del proyecto Planck de la ESA.
"Sin embargo, a pesar de los excelentes datos que tenemos, no vemos ningún rastro significativo de anomalías ".
Mapa de la amplitud de polarización del fondo cósmico de microondas (CMB) observado por el satélite Planck de la ESA. Si bien las fluctuaciones en el CMB están presentes y fueron observadas por Planck hasta escalas angulares muy pequeñas, estas imágenes se han filtrado para mostrar principalmente la señal detectada en escalas bastante grandes en el cielo, alrededor de 5 grados - a modo de comparación, la Luna llena abarca aproximadamente medio grado. En estas grandes escalas, Se observan una serie de anomalías en la temperatura del CMB:estas son características que son difíciles de explicar dentro del modelo estándar de cosmología, que se basa en la suposición de que el Universo, a gran escala, tiene las mismas propiedades cuando se observa en todas las direcciones. La anomalía más grave es un déficit en la señal observado en escalas alrededor de 5 grados, que es aproximadamente un diez por ciento más débil de lo previsto. Otros rasgos anómalos son una discrepancia significativa de la señal como se observa en los dos hemisferios opuestos del cielo (los dos hemisferios están delineados por el tamaño grande, curva aproximadamente en forma de U en la imagen, el norte está en el centro) y un llamado 'punto frío' - un gran, lugar de baja temperatura con un perfil de temperatura inusualmente empinado (la ubicación de este lugar también se describe en la parte inferior derecha). Tales anomalías no fueron detectadas, al menos no a un nivel significativo, en las observaciones de Planck de la polarización CMB. Una comparación entre el mapa superior, mostrando la medición total de Planck, que comprende tanto la señal como el ruido, con el mapa inferior, mostrando solo el ruido, indica que pueden estar presentes algunas características anómalas, como por ejemplo una asimetría de potencia entre los dos hemisferios, pero son estadísticamente poco convincentes. La falta de anomalías estadísticamente significativas en los mapas de polarización no descarta la potencial relevancia de las observadas en la temperatura, pero hace que sea aún más difícil comprender el origen de estas características desconcertantes. Las regiones que se muestran en gris en los mapas se enmascararon en el análisis para evitar emisiones residuales en primer plano de nuestra Vía Láctea o fuentes extragalácticas que afecten los resultados cosmológicos. Crédito:Colaboración ESA / Planck
En la cara de eso, esto parecería hacer que las anomalías sean más probables de ser casualidades estadísticas, pero en realidad no descarta una nueva física porque la naturaleza podría ser más complicada de lo que imaginamos.
Todavía, No existe una hipótesis convincente sobre qué tipo de nueva física podría estar causando las anomalías. Entonces, podría ser que el fenómeno responsable solo afecte a la temperatura del CMB, pero no la polarización.
Desde este punto de vista, Si bien el nuevo análisis no confirma que se esté llevando a cabo una nueva física, le impone limitaciones importantes.
La anomalía más grave que apareció en el mapa de temperatura del CMB es un déficit en la señal observada a grandes escalas angulares en el cielo. alrededor de cinco grados, a modo de comparación, la Luna llena abarca aproximadamente medio grado. A estas grandes escalas, Las medidas de Planck son aproximadamente un diez por ciento más débiles de lo que predeciría el modelo estándar de cosmología.
Planck también confirmó, con alta confianza estadística, otros rasgos anómalos que se habían insinuado en observaciones anteriores de la temperatura del CMB, como una discrepancia significativa de la señal observada en los dos hemisferios opuestos del cielo, y un llamado 'punto frío' - un gran, punto de baja temperatura con un perfil de temperatura inusualmente empinado.
"Dijimos en el momento del primer lanzamiento que Planck estaría probando las anomalías utilizando sus datos de polarización. El primer conjunto de mapas de polarización que son lo suficientemente limpios para este propósito se lanzó en 2018, ahora tenemos los resultados, "dice Krzysztof M. Górski, uno de los autores del nuevo artículo, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), Caltech, NOSOTROS..
Mapa de la temperatura de fondo cósmico de microondas (CMB) observada por el satélite Planck de la ESA. Si bien las fluctuaciones en el CMB están presentes y fueron observadas por Planck hasta escalas angulares muy pequeñas, estas imágenes se han filtrado para mostrar principalmente la señal detectada en escalas bastante grandes en el cielo, alrededor de 5 grados y más - a modo de comparación, la Luna llena abarca aproximadamente medio grado. En estas grandes escalas, Se observan una serie de anomalías en la temperatura del CMB:estas son características que son difíciles de explicar dentro del modelo estándar de cosmología, que se basa en la suposición de que el Universo, a gran escala, tiene las mismas propiedades cuando se observa en todas las direcciones. La anomalía más grave es un déficit en la señal observado en escalas alrededor de 5 grados, que es aproximadamente un diez por ciento más débil de lo previsto. Otros rasgos anómalos son una discrepancia significativa de la señal como se observa en los dos hemisferios opuestos del cielo (los dos hemisferios están delineados por el tamaño grande, curva aproximadamente en forma de U en la imagen, el norte está en el centro) y un llamado 'punto frío' - un gran, punto de baja temperatura con un perfil de temperatura inusualmente empinado (también se describe en la parte inferior derecha). Una comparación entre el mapa superior, mostrando la medición total de Planck, que comprende tanto la señal como el ruido, con el mapa inferior, mostrando solo el ruido, indica que las características anómalas claramente no son artefactos, ya que de hecho están presentes en la señal y no en el ruido. Tales anomalías no fueron detectadas, al menos no a un nivel significativo, en las observaciones de Planck de la polarización CMB. La falta de anomalías estadísticamente significativas en los mapas de polarización no descarta la potencial relevancia de las observadas en la temperatura, pero hace que sea aún más difícil comprender el origen de estas características desconcertantes. Las regiones que se muestran en gris en los mapas se enmascararon en el análisis para evitar emisiones residuales en primer plano de nuestra Vía Láctea o fuentes extragalácticas que afecten los resultados cosmológicos. Crédito:Colaboración ESA / Planck
Desafortunadamente, los nuevos datos no llevaron el debate más lejos, ya que los últimos resultados no confirman ni niegan la naturaleza de las anomalías.
"Tenemos algunos indicios de que en los mapas de polarización, podría haber una asimetría de potencia similar a la que se observa en los mapas de temperatura, aunque sigue siendo estadísticamente poco convincente, "añade Enrique Martínez González, también coautor del artículo, del Instituto de Física de Cantabria en Santander, España.
Si bien se realizarán más análisis de los resultados de Planck, es poco probable que arrojen resultados significativamente nuevos sobre este tema. La ruta obvia para progresar es una misión dedicada especialmente diseñada y optimizada para estudiar la polarización del CMB, pero esto es al menos de 10 a 15 años en el futuro.
"Planck nos ha proporcionado los mejores datos que tendremos durante al menos una década, "dice el coautor Anthony Banday del Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie en Toulouse, Francia.
Mientras tanto, el misterio de las anomalías continúa.
