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

2,0Ω m1,50,01,0RFM0,5SCDMcolapsa eventualmenteexpansióninfinita0,50,0lante de la radiación hará que elelectrón también oscile; éste se comportaráentonces como un dipolo(que no debe confundirse con eldipolo de la RFM) y la radiacióndipolar se emitirá preferencialmenteen dirección perpendicular a la direcciónde oscilación.Antes de la época de la recombinación,el campo de la radiaciónno estaba polarizado. El campo eléctricode la RFM puede descomponerseen dos direcciones ortogonales,xˆ y ẑ, perpendiculares a su vezdeceleraciónOCDMΩ ΛaceleraciónPLANO1,01,0ABIERTOCERRADOΛCDMSNe0,5CUMULOSΩ k0,01,5–0,55. “TRIANGULO COSMICO”, con los parámetros Ω k, Ω my Ω Λ. La cantidadΩ kda la contribución energética de la curvatura espacial (definida positiva parauniversos de curvatura negativa) y Ω mincluye todas las formas de materia-energíaobscura o visible habituales. Cada punto del enrejado triangular satisface la reglasimple Ω k+ Ω m+ Ω Λ = 1, fácilmente deducible de las ecuaciones de Einstein.La línea azul horizontal con Ω k= 0, etiquetada PLANO, separa el caso de ununiverso hiperbólico con espacio de curvatura negativa constante (“abierto”) delcaso de un universo esférico (cerrado). La curva roja divide entre posibles destinosfuturos: la contribución de una energía de vacío positiva dominará sobrelas otras formas de materia-energía en algún momento de la evolución y, dadasu presión negativa, hará que el universo se expanda por siempre. Sin embargo,esta suerte podría evitarse si el espacio estuviera fuertemente curvado positivamentey con un alto contenido en materia (parte inferior izquierda del diagrama).La línea amarilla separa universos actualmente acelerados de los que se encuentranen desaceleración. Las bandas observacionales de probabilidad de unnivel de confianza del 68 % muestran tres tests restrictivos: la RFM (en amarillo,prefiere un universo plano), la física de cúmulos de galaxias (en marrón, dapreferencia a un universo de baja densidad) y las mediciones de supernova (envioleta, prefieren una importante contribución de Λ). En el diagrama también semuestra la posición de modelos de tipo SCDM, OCDM y ΛCDM. Este último seubica en la región en aceleración y está entre los que mejor reproducen las observaciones.(Cortesía de P. Steinhardt.)a la línea de propagación ŷ. Elcampo eléctrico a lo largo de ẑ(siendo ẑ vertical) hará que elelectrón oscile también verticalmente.De ahí que la radiación dipolarserá máxima sobre el planohorizontal xy. Análogamente, la radiacióndipolar debida al campoeléctrico a lo largo de xˆ se verámaximizada sobre el plano yz. Siahora miramos desde el costado(desde la dirección xˆ, sobre el planohorizontal, y perpendicularmente ala dirección de incidencia ŷ) veremosun tipo especial de radiacióndifundida. Desde nuestra posición nopodemos percibir la radiación queemite el electrón oscilante en la direcciónxˆ, pues esta radiación va alplano yz, ortogonalmente dispuestorespecto a nuestra ubicación. Asípues, es como si sólo la componentevertical del campo eléctricoentrante produjera la radiación quepercibimos.Pero sabemos que existe una probabilidadmáxima de que la polarizaciónde la radiación emergenteesté alineada con la incidente. Enbreve, la radiación emitida se hallarálinealmente polarizada. Ahorabien, puesto que la dirección de laradiación incidente y nuestra posicióncomo observadores eran arbitrarias,no se alterará el resultadosi las variamos: la difusión Thomsonconvertirá lo que era un fondo nopolarizado de radiación en la RFMlinealmente polarizada que un díase espera detectar.No acaba aquí la historia. Paraobtener el efecto total, hemosde consider ar todas las direccionesposibles de procedencia de losfotones que vienen a interaccionarcon el electrón “blanco” de las colisiones,y sumarlas. Es simple entenderque, en el caso de una distribuciónde radiación inicial isótropa,las distintas aportaciones individualesse cancelarán mutuamente. Baste unargumento de simetría: en una configuracióncon simetría esférica noexiste una dirección privilegiada. Seprohíbe la generación de polarización,pues ésta seleccionaría una direcciónparticular.Pero la RFM no es exactamenteisótropa. Con una precisión del milikelvinel modo dominante es dipolar.¿Alcanzará con esta distribucióndipolar para generar lapolarización? No, el dipolo no generaráuna señal. Aislemos unelectrón y consideremos un campode radiación incidente sobre éste,con mayor intensidad desde su izquierdaque desde su derecha, ycon intensidades interpolando entreestos dos valores por debajo y porencima de él. (Al fin y al cabo esoes un dipolo.) Bastará entonces sumartodas las contribuciones paraver que no quedará traza de polarizaciónresidual.INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2001 7