El universo puede ser diferente a escalas mayores que las que podemos observar directamente

Un nuevo mapa del fondo cósmico de microodas —la radiación reliquia del Big Bang— que completó en la primavera boreal del 2013 el equipo europeo del satélite Planck, refina nuestra comprensión de la composición y evolución del universo, y devela nuevos rasgos que pueden poner a prueba los fundamentos de su evolución

Las anomalías sugieren que el universo puede ser diferente a escalas mayores a las que podemos observar directamente. Los valores más precisos hasta ahora para los ingredientes del universo son: la materia contribuye con el 4,9% de la masa/energía del universo, y la materia oscura cubre hasta un 26,8% del total, lo que implica cerca de un quinto más que la estimacion previa.

Nuestro desbalanceado universo es más oscuro, menos masivo, más lento y más antiguo de lo que pensábamos. El nuevo mapa celeste muestra que una mitad del fondo cósmico de microondas es más brillante, y el universo tiene una gran mancha fría. Estas anomalías sugieren que el universo puede ser diferente a escalas mayores que lo que nosotros podemos observar directamente.

Los datos de Plank revelaron dos impactantes nuevos misterios. El primero es que vivimos en un universo desparejo. Einstein creó el primer modelo físico del universo en 1917, conocido como el “principio cosmológico”, que dice que a nivel macro el universo se ve igual en todas sus partes y en todas las direcciones, debido a que las leyes físicas que gobiernan su formación y expansión operan del mismo modo en todas partes. Pero lo que la nave Planck vio es muy diferente: El fondo de cósmico de microondas es más intenso en una mitad del cielo que en la otra. Hay un gran sector frío en el que la temperatura efectiva de las microondas está por debajo del promedio.

La imagen se basa en los primero 15,5 meses de datos registrados por el Planck, y es la primera imagen del fondo cósmico de microondas que aporta esta misión de la totalidad del firmamento, «grabada» en los cielos cuanto tenían apenas 380.000 años de edad.. Este fondo cósmico de microondas (cosmic microwave background = CMB) muestra pequeñas fluctuaciones de temperatura que corresponden a regiones de densidad levemente diferentes en eras muy tempranas, que representan las semillas de todas las estructuras en el futuro: las estrellas y galaxias de hoy en día.

La nave ha compilado un billón (1012) de puntos en el firmamento, volviendo a observar cada pixel en la imagen un promedio de 1.000 veces. El equipo del Planck se basa en una serie de simulaciones de computadora realizadas en una supercomputadora Cray XE6 conocida como la Hopper (saltadora), con base en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Estas simulaciones hicieron posible emular y sustraer las señales no deseadas de los objetos celestes cercanos y las provenientes desde el interior de los detectores. Según la NASA, la actual instantánea del cosmos requirió 10 millones de horas de proceso en el Hopper.

En total, la información extraída del nuevo mapa del Planck aporta una excelente confirmación del modelo estándar de la cosmología con una precisión sin precedentes, fijando una nueva referencia en nuestro conocimiento del contenido del universo.

«Las fluctuaciones del Fondo Cósmico de Microondas detectadas por el Planck confirma una vez más que la imagen relativamente simple que ofrece el modelo estándar es una descripción increíblemente buena del universo», explica George Efstathiou de la Universidad de Cambridge, Reino Unido.

Las propiedades de las regiones calientes y frías del mapa aportan información sobre la composición y evolución del universo. La materia normal que forma las estrellas y galaxias contribuye con exactamente 4,9% de la densidad de masa/energía del universo. La materia oscura, que sólo se ha detectado indirectamente por su influencia gravitatoria, es el 26,8%, es cerca de un quinto más de lo estimado antes. En cambio, la energía oscura, una misteriosa fuerza que se piensa es la responsable por acelerar la expansión del universo, resulta ser de un poco menos de lo que se pensaba, alrededor del 69%.

Los datos del Planck además fijan un nuevo valor del ritmo al que se expande hoy el universo, conocido como la constante de Hubble. Unos 67,3 km/s/Mpc (kilómetros por segundo por megaparsec), significativamente distinto del valor medido en las galaxias cercanas. Esta expasión algo más lenta implica que el universo, además, es un poco más antigo que lo que se pensaba antes: 13.800 millones de años.

El análisis le da, además, un fuerte apoyo a las teorías de la «inflación«, una fase temprana muy breve pero crucial en la primera fracción de segundo de la existencia del universo. Así como explica varias de las propiedades del universo en conjunto, esta expansión inicial causa las ondulaciones que se observan hoy en el fondo cósmico de microondas.

Aunque esta época primordial no se puede observar directamente, la teoría predice un conjunto de marcas muy sutiles en el mapa del fondo cósmico de microondas. Los experimentos anteriores no pudieron detectar confiablemente esas marcas sutiles, pero la elevada resolución del mapa del Planck confirma que las pequeñas variaciones en la densidad del universo primitivo coinciden con las que predice la inflación.

«Los tamaños de esas pequeñas arrugas guardan la clave de lo que ocurrió en aquella primera billonésima de billonésima de segundo. Planck nos aportó una impactante nueva evidencia de que ellas [las marcas] fueron creadas durante esta expansión increíblemente veloz, exactamente después del Big Bang«, explica Joanna Dunkley de la Universidad de Oxford.

Pero como la precisión del mapa de Planck es tan elevada, además revela algunos rasgos peculiares aún sin explicación que bien pueden requerir una nueva física para entenderlos. Entre los hallazgos más sorprendentes está que las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas a gran escala no encajan con lo que predice el modelo estándar. Esta anomalía se agrega a aquellas observadas por los experimentos previos, ahora confirmadas por el Planck, en las que se incluye una asimetría en el promedio de temperaturas en hemisferios opuestos del firmamento, y una zona fría que se extiende por una porción del cielo y que es mucho más grande de lo esperado.

Un manera de explicar las anomalías es proponer que, de hecho, el universo no es igual en todas direcciones a una escala mayor que lo que nosotros podemos observar. Es este escenario, los rayos luminosos que llegan desde el fondo cósmico de microondas pueden haber recorrido una ruta más complicada a través del universo que lo que se entendía antes, resultando en algunas de las formas inusuales que se observan hoy.

«Nuestro mayor logro será crear un nuevo modelo que prediga las anomalías y las relacione entre sí. Pero esto es el principio; por ahora, no sabemos cuándo será posible esto y qué tipo de nueva física se necesitará. Y esto es excitante», dice el Professor Efstathiou.

La imagen profunda del Hubble (Hubble Deep Field) en la parte superior de la página incluye galaxias de varias edades, tamaños, formas y colores. Las galaxias más pequeñas y rojizas, de las que hay aproximadamente 10.000, son algunas de las galaxias más distantes que han sido observadas por un telescopio óptico, probabemente existieron muy poco después del Big Bang.

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: