Detectada polarización en el eco del Big Bang

El telescopio del Polo Sur ha detectado la primera señal de polarización modo B en el fondo cósmico de microondas. Esta señal modo B proporciona una manera de que los astrónomos puedan calcular la masa del neutrino

Los astrónomos han detectado en las ondas del Big Bang una señal de polarización predicha desde hace tiempo. La señal, conocida como polarización modo B, es causada por el tirón gravitacional de la materia sobre los fotones de microondas dejados por el Big Bang.

Su detección, publicada esta semana en el servidor arXiv, y realizada por un telescopio de microondas en el Polo Sur, aumenta las esperanzas de que se puede utilizar la señal para hacer un mapa del contenido de materia del Universo y determinar las masas de los tres tipos de neutrinos… utilizando, en efecto, la astronomía para lograr un objetivo clave de la física de partículas. La detección también indica que podría ser posible detectar otro tipo de modo B, lo que sería evidencia de que el Universo, en el momento después del Big Bang, sufrió una expansión desgarradora conocida como inflación.

«La razón por la que nadie ha sido capaz de ver esto antes es que se trata de una señal muy pequeña, de alrededor de 1 parte en 10 millones», dice Duncan Hanson, un astrofísico de la Universidad de McGill en Montreal, Canadá, quien dirigió el estudio. Allí se utilizaron receptores de microondas ultrasensibles en el Telescopio del Polo Sur (SPT) de 10 metros. En comparación, las primeras mediciones de ondas en el fondo cósmico de microondas, publicadas en 1992 por investigadores que utilizaron el satélite Cosmic Background Explorer de la NASA, eran sensibles a diferencias de 4 partes en 100.000.

Otros instrumentos también están tratando de detectar modos B, incluyendo el experimento POLARBEAR y el Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT), ambos en Chajnantor, Chile.

«Dieron el golpe, y nos sacamos el sombrero ante ellos», dijo Lyman Page, un astrónomo de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, e investigador principal para el ACT. «Es intrínsecamente una señal limpia y todos creemos que se convertirá en una herramienta importante para medir el contenido del Universo.»

David Spergel, un astrofísico teórico también en Princeton, está de acuerdo. «Es la primera vez que se ha utilizado la polarización para trazar la estructura a gran escala del Universo», dice.

El SPT fue encendido en 2007, y ha utilizado el fondo cósmico de microondas para trazar las posiciones de las galaxias y cúmulos estelares. Sus sensibles receptores de microondas se instalaron en 2012, y fueron capaces de detectar variaciones en la señal en modo B a escalas muy pequeñas en el cielo, dice John Carlstrom, astrofísico de la Universidad de Chicago en Illinois e investigador principal del SPT. Para utilizar la señal para precisar las masas de los neutrinos, que constituyen una proporción desconocida de la materia a mapear, los astrónomos tendrán que estudiar un trozo de cielo mucho mayor que los 100 grados cuadrados asignados por el SPT. Sin embargo, Carlstrom dice que no es inverosímil que los telescopios determinen la masa del neutrino en los próximos años, antes de que lo logren los experimentos de física de partículas previstos con los haces de neutrinos en la Tierra.

Sin embargo, el objetivo final de los experimentos de microondas de polarización no es hacer física de partículas, sino la cosmología. Están persiguiendo una clase diferente de modos B ‘primordiales’, que se cree que se generaron por la rápida expansión del espacio durante la inflación. Una detección sería la confirmación definitiva de la inflación —una de las teorías fundamentales de la cosmología— y se fijaría su escala de energía, lo que sería útil para los físicos que trabajan en desarrollar teorías de la gravedad cuántica. Pero los modos B primordiales existirían como pequeñas variaciones en grandes escalas de más de 1 grado de extensión, demasiado grandes para que el SPT encuentre significación estadística con la relativamente pequeña porción de cielo que estudió. El satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, que examina todo el cielo, podría ser capaz de distinguirlos. También es posible que sean perceptibles en pequeños conjuntos de datos como los del SPT, una vez que los modos B gravitacionales se hayan mapeado y eliminado, para revelar potencialmente cualquier señal primordial oculta. La última observación del SPT sugiere que este enfoque de la detección de modos B es un buen prospecto, dice Spergel. «Es una buena señal que lo hayan medido desde tierra.»

Universidad de Cornell: Detection of B-mode Polarization in the Cosmic Microwave Background with Data from the South Pole Telescope

Fuente: Nature. Aportado por Eduardo J. Carletti

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