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6/3/08 - DJ:

El Universo es así

El equipo de la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que estudió el fondo de radiación de microondas ha realizado una serie de papers en los que discuten los resultados de los primeros cinco años de datos.
Composición del Universo según WMAP

Mucha de esta información fue determinada hace un tiempo, un par de años luego del lanzamiento de la sonda, pero ahora con los datos de cinco años el equipo realizó un análisis de lo que los datos significan:

1-La edad del Universo es de 13.73 mil millones de años (+/- 120 millones de años)


Radiación de fondo de microondas por WMAP
2-El mapa superior muestra las diferencias de temperatura entre distintas partes del cielo. Rojo es caliente, azul es frío. Sin embargo, la diferencia es increíblemente pequeña: el rango total de temperatura de frío a caliente es sólo 0.0002 grados Celsius. La temperatura promedio es de 2.725 Kelvin, por lo que las temperaturas van de 2.7248 a 2.7252 Kelvins. (Cero grados Kelvin es igual a -273º Celsius, temperatura conocida como Cero Absoluto)

3-La edad del Universo cuando ocurrió la recombinación era de 375.938 años, +/- 3100 años.

4-El Universo es plano:
La densidad del Universo determina su geometría. Si la densidad excede la densidad crítica, la geometría del espacio es cerrada y curvada positivamente como la superficie de una esfera. Esto implicaría que los caminos iniciales de dos fotones paralelos convergirían lentamente, finalmente se cruzarían, y retornarían al punto de inicio (si el Universo durara lo suficiente).
Si la densidad fuera menos de la crítica, luego la geometría del espacio es abierta, negativamente curvada como la superficie de una silla de montar.
Finalmente, si la densidad fuera igual a la crítica, la geometría sería plana como la superficie de un papel.
Geometría del Univeso
A esta densidad crítica se la denomina Omega y se la simboliza con esa letra del alfabeto griego.
La versión más simple de la teoría inflacionaria, extensión de la teoría del Big Bang, predice que la densidad del Universo es muy cercana a la crítica, y que la geometría es plana. Eso es confirmado por los datos de WMAP.

Más información (en inglés):WMAP Is the Universe Infinite?

5-Composición del Universo
Los datos concuerdan con un Universo plano, compuesto 72% de energía de vacío, 23% de materia oscura y sólo 5% de materia ordinaria, como se ilustra en los gráficos superiores.

6-Neutrinos
Se confirma que el cosmos está lleno con un fluido de fríos neutrinos.
Los cosmólogos piensan que el caliente y denso Universo primitivo, los neutrinos deben haberse creado en colisiones de partículas de alta energía. Cerca de dos segundos luego del Big Bang la caldera de partículas colisionantes se habría enfriado tanto que la mayoría no habría tenido energía para interactuar fuertemente con los neutrinos. Así, los neutrinos se habrían "desacoplado" de la materia ordinaria y radiación.

En teoría, debería haber un sopa de escurridizas partículas allí afuera, de apenas 1.9º sobre el cero absoluto.

WMAP ha encontrado evidencia de esta sopa universal. La nave, lanzada en 2001, ha ido creando un mapa de la radiación de fondo de microondas que lleva impreso el estado del Universo tal como era sólo 380.000 años después de la Gran Explosión.
En particular, revela el diseño de las fluctuaciones de densidads en el espacio, la "textura" del Universo primigenio.

Viajando con una velocidad cercana a la de la luz, los neutrinos deberían haber desalentado a la materia de formar apretados grupos y así alisar la textura el Universo ligeramente.
Los datos de WMAP muestran claramente este efecto, implicando que esos neutrinos formaron cerca de 10% de toda la energía en el Universo cuando tenía 380.000 años. "Esto confirma la teoría", dice Eiichiro Komatsu, de la Universidad de Texas, autor de un estudio sobre los resultados.(1)

Una breve historia del Universo
El Big Bang fue caliente, a partir del cual el espacio-tiempo se expandió, enfriándose. Luego de un microsegundo, se enfrió lo suficiente para que se formaran protones y neutrones. Tres minutos después, la temperatura permitió que estas partículas se juntaran en nucleones. Así se formaron el hidrógeno, helio y una pequeña parte de litio que serían los únicos elementos en cientos de millones de años.
El Universo se siguió expandiendo y enfriando, pero era opaco a la luz. Los electrones están separados de los protones, por lo que los fotones chocan con ellos y se desvían hacia una dirección aleatoria.
Pero al enfriarse más el universo, por debajo de los 3.000 grados K se produce el fenómeno de la "recombinación o desacoplamiento" por el cual los electrones se unen a los núcleos y forman átomos neutros.
Es por esto que no se puede -ni con los mayores telescopios que pudieran crearse en el futuro- sucesos anteriores a los 380.000 años porque en ese entonces el Universo era opaco.
Luego de 13.7 mil millones de años, la expansión del Universo enfrió la luz, alargó su longitud de onda del ultravioleta a las microondas. Es decir que la temperatura asociada a cada fotón pasó de cientos de grados Kelvin a menos de 3.
La luz emitida justo después de la recombinación nos habla del Univeso en aquellos tiempos primigenios. Al mapear su longitud de onda y dirección de la que proviene, los astrofísicos pueden saber la densidad y temperatura de la materia en ese momento. Y la densidad condiciona la geometría misma del espacio. Todo eso, mapeando este resabio del Universo primitivo que es la radiación de fondo de microondas.
La sonda COBE produjo los primeros resultados importantes en el mapeo de esta radiación de fondo. WMAP continúa revolucionando dada su mayor sensibilidad y precisión. Son, de hecho, algunas de las grandes maravillas astronómicas. Es por eso que se espera con ansias el lanzamiento de la sonda Planck que investigará más a fondo sobre el origen del Universo.

Links relacionadosFuentes y links relacionados



NewScientist:Universe submerged in a sea of chilled neutrinos

Bad Astronomy Blog:The Universe is 13.73 +/- .12 billion years old!

Cosmic Variance:WMAP 5-Year Results Released

WMAP:Five Year Results on the Oldest Light in the Universe

Bibliografía de las publicaciones el equipo de ciencia de WMAP

(1)Fast Estimator of Primordial Non-Gaussianity from Temperature and Polarization Anisotropies in the Cosmic Microwave Background II: Partial Sky Coverage and Inhomogeneous Noise
Amit P. S. Yadav, Eiichiro Komatsu, Benjamin D. Wandelt, Michele Liguori, Frode K. Hansen, and Sabino Matarrese
Preprint: PDF (842 kB)
Received: 30 Nov 2007Accepted: 22 Jan 2008
The Astrophysical Journal

Crédito imágenesSobre las imágenes



Crédito de las imágenes: WMAP

Sobre el gráfico superior:
WMAP mide la composición del Universo al observar el fondo de radiación de microondas emitido sólo 380.000 años después del Big Bang. La materia oscura y los átomos han sido menos denos mientras el volumen del Universo se incrementaba con el tiempo. Los fotones y neutrinos también perdieron energía al expandirse el cosmos, pero la energía oscura ahora domina el Universo.
Ilustración:NASA/WMAP Science Team


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