radiacion cosmica de fondo y los modelos ... - Cosmofisica

More documents

Recommendations

Info

PLANCKpresa; debido a ello, nos quedarápor siempre vedado el acceso directo,al menos a través de la radiaciónelectromagnética, a los fenómenosfísicos de épocas precedentes.La recombinación de los elementosligeros se eleva como una “barrera”imposible de sortear cuando intentamosmirar atrás, hacia el momentode la gran explosión.La radiación cósmica del fondode microondas (RFM) permite conocerla situación del universo en elmomento del desacople entre materiay radiación. Gracias a ella podemosabordar el estudio del tipoy la intensidad de las perturbacionescosmológicas germinales en elplasma primordial, nubes de gas demateria que pronto se condensaronbajo la atracción gravitatoria y formaronlas galaxias.En 1964, Arno Penzias y RobertWilson no lograban desembarazarsede un persistente ruido defondo de una antena de los laboratoriosBell, en Holmdel, planeadapara medir ondas de radio procedentesde un satélite de comunicaciones.Aconsejados por el grupo deRobert Dicke, la interpretación deeste ruido molesto terminó por hacerlosacreedores del premio Nobelde física en 1978, y, a la antena,del título de monumento históricoel 20 de diciembre de 1989.Distintos grupos se aprestaron entoncesa la tarea de cartografiar laRFM. Para estudiar la formación deestructuras astrofísicas, importaconocer las variaciones espaciales dela intensidad o temperatura efectivade la RFM. En 1992, el Exploradordel Fondo Cósmico (COBE) revelabala presencia de “rizos” primordialesen la suave “cabellera”de la radiación cósmica del fondode microondas.La detección de anisotropías, aun nivel de 30 microkelvin de temperatura,impresas sobre un espectrotérmico de cuerpo negro a 2,725K revolucionó la cosmología y ofrecióuna herramienta poderosa paraenjuiciar los modelos esbozados.Las mediciones del COBE fijan laamplitud y forma del espectro deEl autorALEJANDRO GANGUI es miembrodel Consejo Nacional de InvestigacionesCientíficas y Técnicas de Argentina.Su interés se centra en la radiacióndel fondo de microondas y enlos aspectos observacionales de los defectostopológicos cósmicos. Es ademásinvestigador visitante en el Observatoriode París.fluctuaciones a escalas del horizontecosmológico actual (unos10.000 megaparsecs). Los detectoresa bordo de la Sonda de Anisotropíasde Microondas (MAP) dela NASA, a lanzarse el 30 de estemes de junio, y de su análoga europeaPlanck refinarán las mediciones.La temperatura actual de laradiación cósmica del fondo de microondasmedida por el COBE esT 0 = 2,725 ± 0,002 K. Cualquier desviaciónde su espectro con respectoa la radiación de cuerpo negro noexcede las 50 partes por millón.Pero la RFM no es exactamentela misma a lo largo de todo el cielo.Presenta una importante variaciónespacial dipolar en su temperatura.Esto es, en una direccióncualquiera la temperatura es proporcionalal coseno del ángulo formadoentre esta dirección y la direccióndel movimiento. La diferenciade temperatura sería positiva, máscaliente, en la dirección del movimientoy negativa, más fría, en ladirección opuesta.El tamaño típico de las fluctuacionesa una escala angular determinadaestá dado por los coeficientesC l . Así se llaman uno de1. LA TIERRA VISTA por el COBEy por el Planck. Las simulaciones delcielo de microondas muestran lasfluctuaciones en la temperatura de laradiación de fondo en decenas de microkelvin.Ambas simulaciones correspondena la misma realización deun modelo cosmológico estándar demateria obscura fría, sin curvatura espacialy con fluctuaciones primordialesadiabáticas (que conservan el númerode fotones por barión). Laresolución del Radiómetro Diferencialde Microondas de COBE (figuras dela izquierda) es de unos 10 grados. Lasfiguras de la derecha corresponden aPlanck, de 5 minutos de arco de resoluciónangular. (Cortesía de E. Hivony K. Górski.)INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2001 3
los observables más importantes aemplear cuando se trata de compararpredicciones teóricas contra losdatos de la observación. Por ciertosprocesos matemáticos sabemosque las diferencias en la temperaturaentre direcciones del cielo separadaspor un ángulo θ están relacionadascon cierto parámetro l.A medida que l aumenta iremosconsiderando rasgos particulares delespectro de fluctuaciones a escalascosmológicas características cadavez menores. Por ejemplo, en ununiverso plano, sin curvatura espacial,el tamaño del horizonte a laépoca de la recombinación es delorden de 200 megaparsecs, lo quecorresponde a algo menos de ungrado de arco cuando lo proyectamossobre el cielo hoy.Antes de la recombinación, ladensidad de electrones libresera tal, que los fotones no lograbanpropagarse sin colisionar constantementecontra éstos; el caminolibre medio de la radiación era cortísimo.Materia ionizada, electronesy radiación formaban un únicofluido, con la inercia provista porlos bariones (protones y neutrones)y la presión de radiación de los fotones.Este plasma mixto tendía acondensarse bajo la atracción gravitatoria,pero la presión restauradorade radiación equilibraba esatendencia. No debe, pues, extrañarnosque aparecieran oscilacionesacústicas impulsadas por la gravedad,tanto en la densidad del fluidocomo en su velocidad local.El primer pico acústico nos revelael tamaño del horizonte sonoroen el momento del desacople entremateria y radiación. Su posición fijael ángulo que el horizonte acústicode la recombinación subtiende hoyen el cielo. Un ángulo mucho menorque un grado implicaría que ladensidad de materia-energía total deluniverso sería inferior a la densidadcrítica necesaria para que seaeuclídeo (o plano). El universo contendríahipersecciones espacialeshiperbólicas de extensión infinita ycurvatura negativa (universo abierto);en modelos simples (sin constantecosmológica Λ) la cantidad de masagravitante sería pequeña y el universose expandiría indefinidamente.A la inversa, en un universo deextensión finita y curvatura positiva(universo cerrado) la cantidad demateria sería suficiente y permitiríaque los rayos de luz que nos llegaranconvergieran, en cuyo casoel horizonte acústico de la recombinaciónsubtendería un ángulo mayoral grado de arco.A escalas angulares muy grandes,la física que describe la generaciónde fluctuaciones térmicases bastante sencilla. Puesto que las2. EL EFECTO DOPPLER debido al movimiento de nuestro sistema solar es elorigen de este mapa de la radiación de fondo de microondas detectada por elCOBE. La observación se produjo a una frecuencia de 53 gigahertz. Cubre todoel cielo con una precisión del milikelvin en las anisotropías de la temperaturadel fondo cósmico. La imagen está en coordenadas galácticas y el plano de laVía Láctea se halla dispuesto en forma horizontal a través de la figura. Lasconstelaciones del Cisne, Sagitario y Orión se ubican a la izquierda, centro yderecha, respectivamente. La radiación en el sentido del movimiento aparece conmayor intensidad (color amarillo rojizo), mientras que en las antípodas del cielosu intensidad está por debajo de la media (color azul violáceo). El análisis delos datos revela que nuestro Grupo Local de galaxias se desplaza a una velocidadde 600 km/segundo con respecto al sistema en reposo de la RFM.escalas involucradas son mucho mayoresque el horizonte acústico durantela última dispersión de fotonescontra electrones libres, elanálisis no requiere la microfísicade la recombinación ni parámetroscosmológicos todavía harto imprecisos,como son el contenido exactoen bariones o en materia obscura.Pero estas anisotropías sí dependende las contribuciones relativas delas perturbaciones en la densidadde energía (perturbaciones escalares)y en ondas gravitatorias (modostensoriales, el análogo gravitatoriode las ondulaciones en unestanque), así como también de laforma (índice espectral) de dichasperturbaciones primordiales.Aquí el papel preponderante correspondea la gravedad. Bastan sutilesperturbaciones de gran longitudde onda en la densidad de materiapara distorsionar el espacio y generarpozos de potencial. Una sobredensidaden un lugar generaráuna subdensidad en su vecindad.Así, las geodésicas de los fotonesse verán distorsionadas y éstos perderánenergía al escapar de los pozosgravitatorios (sobredensidades)originando manchas frías pequeñase irregulares en el mapa térmico.Luego de este período, los fotonesde la RFM se propagarán libremente,sin entrar apenas en interacción.Por el contrario, las perturbacionesen la densidad de materia sufriránuna fuerte evolución, ya que sonlas semillas de las galaxias y cúmulosobservables hoy. A grandesescalas angulares, la RFM es nuestrainstantánea más precisa de ladistribución del potencial gravitatoriocuando el universo contaba unos400.000 años de edad.Modelos más complicados puedenmodificar el cuadro. En un cosmosde baja densidad, la variacióntemporal del potencial gravitatorioseguirá influyendo en la RFM másallá de la última difusión. Por sulado, la evolución de los defectostopológicos cósmicos —“fracturasy agujeros” en el tejido espaciotemporalformados en transicionesde fase durante la expansión y enfriamientodel universo— perturbarásin cesar el fondo de radiacióna lo largo del viaje de losfotones, dejando una huella característicaen su espectro.4 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2001
Page 1: Radiación de fondoy modelos cosmol
Page 5 and 6: 1001010,1(T)C l(S)C lB(T)C l10 100

radiacion cosmica de fondo y los modelos ... - Cosmofisica

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?