T.E.L: 4 min.
Con telescopios en Chile y el Polo Sur, CMB-S4 estudiará la radiación fósil con sensibilidad inédita.
Si tuviéramos que hacer un listado de los descubrimientos más importantes en astronomía en la historia humana, el hallazgo -algo fortuito- del Fondo Cósmico de Microondas (FCM) -CMB por sus siglas en inglés- es uno de ellos.
Desde mediados de 1960 cuando se descubrió esta reliquia del universo primitivo se ha estudiado usando instrumentos de precisión incremental: las sondas COBE, WMAP y Planck. Ahora se abre una nueva etapa con un experimento combinado: Cosmic Microwave Background-Stage 4 (CMB-S4).
El CMB-S4 es un ambicioso proyecto para utilizar un conjunto de telescopios en el caluroso y árido Chile y en el gélido Polo Sur.
Es una colaboración internacional entre 400 científicos de 121 instituciones. Uno de sus objetivos máximos es hallar evidencias de la inflación cósmica escondidas en el FCM.
La idea es instalar un conjunto de telescopios de microondas en el desierto de Atacama, en Chile, con el Observatorio The Simons, en construcción; y en el Observatorio del Polo Sur, que ya opera en la Antártida.
Para satisfacer los objetivos científicos de CMB-S4, será necesario mirar al mismo sector del cielo por largo tiempo y el Polo Sur está convenientemente orientado para eso. Se planean hospedar al menos 9 telescopios de pequeña apertura de 0,5 metros de diámetro y uno de 5 metros para realizar un sondeo ultra profundo del 3% del cielo.
Otros objetivos requerirán recolectar datos de un gran área del cielo. Para eso Chile es ideal. Allí, se planifican usar dos telescopios de 6 metros para realizar un sondeo del 70% del cielo.
Usarán cientos de miles de bolómetros como detectores. "Lo que hace a estos experimentos sensibles es el número de detectores que tienen en el plano focal", indicó Kevin Huffenberger, profesor de la Universidad de Florida State y vocero de CMB-S4.
En el sitio web de CMB-S4 se explica -en español- la configuración técnica de los detectores: "La tecnología de los detectores de CMB-S4 se basa en un bolómetro superconductor, un detector térmico que consiste en una estructura absorbente que está aislada térmicamente de su entorno. En esta configuración, los fotones absorbidos por la estructura calientan el dispositivo y producen una señal. Utilizamos Sensores de Borde de Transición (TES, por sus siglas en inglés) superconductores para medir estos pequeños cambios en la temperatura del bolómetro. Los detectores TES de CMB-S4 tendrán una temperatura de funcionamiento de aproximadamente 0,1 K, lo que les confiere una sensibilidad excepcional".
Con CMB-S4 se buscarán oscilaciones acústicas de bariones (BAO), ondas gravitacionales primordiales, materia y energía oscura. CMB-S4 también podría encontrar un hipotético noveno planeta en los confines del sistema solar, si hay uno allá fuera. La emisión térmica de planetas conocidos, planetas enanos y asteroides se ha medido en estas longitudes de onda, y dado que sus órbitas les dan movimientos rápidos y adecuados, pueden diferenciarse fácilmente del cielo extrasolar.
¿Por qué se llama "stage 4", "etapa 4"?
Los instrumentos que se han usado para investigar la radiación de fondo se pueden clasificar como de primera etapa o superior en base a la cantidad de detectores usados. A los científicos les encanta hablar difícil, así que usan escala logarítmica y la letra griega sigma para denotar órdenes de magnitud.
En estos gráficos vemos diferentes etapas y experimentos-instrumentos usados. La sensibilidad se expresa en micro kelvin. Cuanto menores son las variaciones de temperatura detectables, más sensible es el instrumento.
Órdenes de Magnitud y sensibilidad
El orden de magnitud de un número es el valor al que se eleva la base cuando se expresa un número en notación científica.
En una nota reciente publicada en CulturaCientifica.com, el profesor de matemáticas Raúl Ibáñez propone el siguiente ejercicio. Pensemos en los números mil millones, también llamado millardo (10^9) y un billón (10^12).
Aquí vemos una recta numérica con el cero y un billón en sus extremos. Marque Ud. dónde debería ir el millardo (10^9). Se trata de pensar en órdenes de magnitud: el millardo es TRES órdenes de magnitud menor que el billón.
Veamos:
Si dividimos el segmento en diez partes iguales, entonces 10^12/10=10^11. Es decir que cada segmento será de 10^11, que es mayor que 10^9. Ahora a cada uno de esos segmentos los dividimos en otras diez partes iguales. Entonces, 10^11/10=10^10, que sigue siendo mayor al millardo. Recién la décima parte de eso es el valor que estamos buscando.
Las apariencias engañan. 10^9 puede parecer "cerca" de 10^12 porque 9 es cercano a 12, pero el significado exponencial es muy diferente. Tres órdenes de magnitud de diferencia es un abismo. 10^9 está (999 veces) más cerca de cero que de 10^12.
CMB-S4 se propone aumentar un orden de magnitud la sensibilidad, respecto de los experimentos de etapa 3, que eran a su vez, un orden de magnitud más precisos que sus antecesores.
Nunca me deja de asombrar el pensar que la mayor parte del conocimiento moderno en astronomía se generó durante el Siglo XX/finales S XIX: clasificación estelar, galaxias, agujeros negros, CMB, materia oscura, energía oscura, expansión, inflación, GRB, rayos cósmicos, FRB. Si la astronomía es una de las ciencias más antiguas, lo cierto es que hasta el siglo pasado lo que se sabía era el 1% de casi nada. Somos privilegiados de vivir en tiempos de tanta revolución científica en astronomía, aunque no lo parezca. Y lejos estamos de la saciedad de saber.
Analizar el Fondo Cósmico de Microondas es rascar en el fondo del Universo en busca de las sobras del Cosmos primitivo para alimentar nuestra curiosidad astronómica.☉
Fuentes y enlaces relacionados
The next stage of cosmic microwave background research
The Simons Observatory
CMB-S4
CMB-S4 Science Book, First Edition
Los experimentos actuales SPT y BICEP observando en el Polo Sur.
Crédito de la imagen: Geoffrey Chen/NSF
Un pequeño paseo por los grandes números, por Raúl Ibáñez
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