12/Mar/08

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Un satélite revela un tesoro escondido de datos que incluyen evidencias de neutrinos del universo primitivo

Además, una clara evidencia de que las primeras estrellas demoraron más de quinientos millones de años en crear una niebla cósmica, y una mucho mejor comprensión del estallido de expansión en el primer trillonésimo de segundo del universo

A la izquierda: El universo se está volviendo más frío y más oscuro. Estas tablas muestran los componentes relativos del universo hoy (arriba), y de cuando el universo tenía 380.000 años, hace 13.700 millones de años (abajo). Los neutrinos solían ser una parte más grande de la energía del universo que ahora.

Un satélite de la NASA construido en sociedad con científicos de Princeton ha revelado evidencias de que un mar de neutrinos -las partículas elementales casi sin peso y que se mueven a casi la velocidad de la luz- se extiende por el universo.

El descubrimiento, anunciado el 7 de marzo por la NASA, es parte de un tesoro de hallazgos cosechados durante cinco años de recolección de datos por la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) [sonda Wilkinson de anisotropía de microondas]. Incluye clara evidencia de que las primeras estrellas demoraron más de quinientos millones de años en crear una niebla cósmica y una mucho mejor comprensión del estallido de expansión en el primer trillonésimo de segundo del universo.

Los resultados aparecen en siete trabajos presentados esta semana a la Astrophysical Journal.

"Estamos viviendo en un tiempo extraordinario", dijo Gary Hinshaw del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "La nuestra es la primera generación en la historia humana que hace mediciones de nuestro universo tan detalladas y trascendentales".

El llamado "fondo cósmico de neutrinos", detectado por la sonda, es un fósil del primigenio universo, dijeron los investigadores.

"Vemos estos neutrinos sobre la Tierra, y es maravillosamente tranquilizador ver también sus efectos en la frontera del universo observable", dijo Lyman Page, profesor de física 'Henry De Wolf Smyth' en Princeton y uno de los investigadores principales del proyecto. "Quizás la noticia más grande es que tenemos un modelo científico del universo que explica virtualmente todas las observaciones del cosmos".

Los neutrinos cósmicos se originaron en los primeros momentos del universo, cuando una enorme cantidad de partículas de materia y antimateria se aniquilaron unas a otras. Millones de neutrinos cósmicos pasan a través de las personas a cada segundo.

La sonda WMAP mide la temperatura de la luz cósmica, también un vestigio del universo primero. Esta luz, la más vieja en el universo, es ahora vista como microondas y se ha enfriado considerablemente durante los 13.700 millones de años que ha viajado a través del universo.

A la derecha: Esta imagen WMAP muestra las fluctuaciones de microondas cósmicas en el el cielo completo sobre cinco años de datos. Los colores representan las diminutas fluctuaciones de temperatura del brillo remanente del universo primitivo: las regiones rojas son más calientes y las azules más frías.

Al hacer mediciones exactas de las fluctuaciones de temperatura de las microondas a través de todo el cielo, WMAP puede determinar con precisión la composición y la historia del universo. Las mediciones WMAP de este brillo posterior están ayudando a responder muchas preguntas sobre la edad del universo, su composición y su desarrollo. Una vez, los neutrinos cósmicos existían en tal cantidad que en realidad afectaron la primera expansión del universo, que a su vez influyó en las microondas que WMAP observa.

"La energía de estos neutrinos es un millón de veces más baja que la que pueden ver los detectores de neutrino existentes sobre la Tierra", dijo Eiichiro Komatsu de la University of Texas, Austin, miembro del equipo que fue becario de postdoctorado en Princeton desde 2001 hasta 2003. También fue un estudiante graduado visitante desde 1998 hasta 2001 cuando hizo su trabajo de tesis con David Spergel, profesor de astronomía 'Charles Young' y director del Departamento de Ciencias Astrofísicas.

"Un bloque de plomo del tamaño de nuestro sistema solar entero ni siquiera se acercaría a detener a un neutrino cósmico", añadió Komatsu.

Las mediciones satelitales que reflejan los rastros de las misteriosas partículas también coinciden con las precisas mediciones de las propiedades del neutrino realizadas por aceleradores de partículas que simulan las condiciones presentes en el amanecer del universo. Por primera vez, la evidencia del mar de neutrinos cósmicos ahora viene también desde la antigua luz cósmica.

Los nuevos datos de WMAP también proveen una decisiva comprensión del fin de las "eras oscuras", cuando empezó a brillar la primera generación de estrellas. El brillo de estas estrellas ionizó el gas circundante, creando una delgada niebla de electrones que dispersa las microondas, de la misma manera que la niebla dispersa los rayos de los faros de un automóvil.

"Ahora tenemos pruebas de que la creación de esta niebla debe haber sido un proceso larguísimo, que empezó cuando el universo tenía unos 400 millones de años y que duró unos quinientos millones de años", dijo Joanna Dunkley, miembro del equipo WMAP, investigadora asociada posdoctoral visitante en los departamentos de ciencias físicas y astrofísicas de Princeton, y también investigadora en la University of Oxford. "Estas mediciones son actualmente posibles sólo con WMAP".

Los resultados proveen los mejores datos también para estudiar el asombroso estallido de crecimiento en el primer trillonésimo de segundo del universo, cuando pueden haber sido creadas las mismas ondas en el espacio.

Las mediciones de restos de ondas sonoras de los mapas galácticos de la Sloan Digital Sky Survey confirman y extienden las precisas mediciones de WMAP, dijeron los científicos. La sonda es un proyecto conjunto de Princeton y varias universidades, instituciones y organizaciones federales.

Los resultados de WMAP también muestran que el universo se está volviendo más frío y más oscuro. Los átomos ahora ocupan el 4,6% del universo actual, la materia oscura sube al 23%, y la energía oscura al 72%, de acuerdo con sus mediciones. Las microondas que capta WMAP vienen de cuando el universo tenía unos 380.000 años, cuando los átomos eran el 12% del universo, la materia oscura el 63%, los fotones hechos el 15%, los neutrinos un 10%, y la energía oscura era insignificante.

La determinación de la necesidad de un gran porcentaje de energía oscura, que está provocando la aceleración de la expansión del universo, realizada por WMAP en 2003, borró las persistentes dudas de la comunidad científica sobre su propia existencia. Esas mediciones también condujeron a la determinación de la edad del universo en 13.700 millones de años.

"Los nuevos datos de WMAP eliminan muchas ideas convencionales que tratan de describir el estallido de crecimiento del universo primitivo", dijo Charles Bennett de la Johns Hopkins University e investigador principal de WMAP. "Es asombroso que los audaces pronósticos sobre los eventos en los primeros momentos del universo pueden ser ahora comparados con sólidas mediciones".

La NASA lanzó la sonda espacial que orbita el Sol en junio de 2001. El satélite lleva el nombre de David Wilkinson, profesor de física 'Cyrus Fogg Brackett' en Princeton, quien murió en 2002. En este momento está a una distancia de 1 millón de millas de la Tierra. "Es excitante que después de más de seis años del lanzamiento, WMAP todavía está operando bien y produciendo resultados de importancia cosmológica", dijo Norman Jarosik, físico de investigación superior en el Departamento de Física de Princeton.

Los estudiantes y científicos de Princeton continúan jugando un importante papel en el satélite WMAP.

Además de Page, Dunkley, Jarosik y Spergel, varios otros científicos de Princeton participaron en el proyecto. Michael Nolta, reciente doctor de Princeton, conduce el análisis del espectro de energía.

"Es realmente excitante ver que nuestros ex-estudiantes y postdoctores, que trabajaron en los primeros análisis de WMAP, tienen un papel de liderazgo en este análisis", dijo Spergel. Tres de los importantes trabajos de análisis son conducidos por estudiantes actuales, anteriores y postdoctorados de Princeton.

Fuente: Princeton. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard