Las microondas antiguas permiten a las astrónomos “ver” el universo invisible oscuro

Red cósmica.

Los astrofísicos de la Universidad de California en San Diego han medido las distorsiones gravitacionales en la radiación polarizada de los inicios del Universo y descubrieron que estas antiguas microondas pueden proporcionar una prueba cosmológica importante de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. También nos pueden enseñar cómo la “materia oscura” y la “energía oscura”, que hasta ahora habían sido indetectables a través de los telescopios modernos, se distribuye a través del Universo (imagen de arriba). Estas medidas podrían reducir el rango de las estimaciones de la masa de las partículas subatómicas fantasmales conocidas como neutrinos.

Los científicos de la UC San Diego midieron las variaciones en la polarización de las microondas que emanan del Fondo Cósmico de Microondas o CMB de los inicios del Universo. Al igual que la luz polarizada (que vibra en una sola dirección y que puede ser producida por la dispersión de la luz visible sobre la superficie del océano, por ejemplo), el “modo-B” de polarización de las microondas se produjo cuando la radiación CMB del inicio del Universo se dispersó, debido a los electrones, unos 380.000 años después del Big Bang, o sea, cuando el Cosmos se enfrío lo suficiente como para permitir que los protones y los electrones se combinaran para formar los átomos.

Los astrónomos esperan que el único modo-B de polarización, que es como una firma del Universo Temprano, les permita “ver” partes del Universo que son invisibles para los telescopios ópticos, ya que la gravedad de las partes más densas e invisibles del Universo tiran de la luz polarizada, desviándola ligeramente de su trayectoria a través del cosmos durante su viaje de 13,8 mil millones de años hasta la Tierra. A través del proceso llamado “lente gravitatoria débil”, los astrónomos esperan que las distorsiones en el patrón de polarización de modo-B, les permita mapear regiones del Universo llenas de “materia oscura” y “energía oscura” invisible, lo cual también les proporcionaría una prueba de la relatividad general a escala cosmológica.

El reciente descubrimiento confirma ambas corazonadas. Mediante la medición de la polarización del CMB, proporcionada por el experimento POLARBEAR, una colaboración de astrónomos que trabajan en un telescopio, situado a alta altitud en el desierto del Norte de Chile y que fue específicamente diseñado para detectar “modo-B” de polarización, los astrofísicos de UC San Diego descubrieron una lente gravitatoria débil en sus datos, lo que les permitió hacer mapas detallados de la estructura del Universo, restringir las estimaciones de la masa del neutrino, y proporcionar una prueba firme de la Relatividad General.

Chang Feng, autor principal del estudio y estudiante graduado de física de la UC San Diego, llevó a cabo su estudio con Brian Keating, profesor asociado de física de la Universidad y co-líder del experimento POLARBEAR. Feng dijo: “Esta es la primera vez que hemos hecho este tipo de mediciones a partir de los datos de la polarización del CMB. Fue la primera medición directa de la polarización del CMB a través de una lente. Y lo más asombroso es que la cantidad de lentes que encontramos a través de estos cálculos es coherente con lo que la Teoría de la relatividad general de Einstein predice. Así que ahorra tenemos una forma de verificar la Relatividad General a escalas cosmológicas”.

El experimento POLARBEAR examinó una pequeña región del cielo (un cuadrado de 30 grados) para producir mapas de alta resolución de la polarización de modo B, lo que permitió al equipo determinar que la amplitud de las fluctuaciones gravitacionales, que midieron, es consistente con el modelo teórico más destacado del Universo, también conocido como el modelo cosmológico Lambda Materia Oscura Fría. Otro equipo del grupo de Keating, llamado BICEP2, y que colabora con la sede del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica, usó un telescopio del Polo Sur para examinar el modo B de polarización en amplias franjas del cielo. En marzo, este grupo anunció que había encontrado pruebas de una breve y muy rápida expansión del Universo primitivo, lo que se conoce con el nombre de inflación.

Una de las preguntas más importantes de la física que se puede abordar a partir de estos datos es: ¿Cuál es la masa del neutrino de interacción débil? Al principio se creía que no tenía masa, pero los límites actuales indican que los neutrinos tienen una masa por debajo de 1,5 electrón-voltios. Feng dijo que los datos de la polarización de modo B, aunque están en consonancia con las predicciones de la Relatividad General, no son lo suficientemente significativos, estadísticamente hablando, para hacer cualquier afirmación firme sobre la masa de los neutrinos. Pero durante los próximos años, él y Keating esperan analizar más datos de POLARBEAR, y de su instrumento sucesor –Simons Array- para proporcionar con más certeza datos sobre la masa de los neutrinos.

Feng dijo: “Este estudio es un primer paso hacia el uso de lentes de polarización como un método para medir la masa de los neutrinos, utilizando todo el Universo como un laboratorio”.

Keating añadió: “Con el tiempo vamos a ser capaces de poner suficientes neutrinos sobre una “balanza” para pesarlos, y medir con precisión su masa. Utilizando las herramientas desarrolladas por Chang, es sólo una cuestión de tiempo que podamos sopesar el neutrino, la única partícula elemental cuya masa aún no conocemos. Eso sería todo un logro para la astronomía, la cosmología, y la física misma”.

Fuente: Daily Galaxy