Planck

expanding_universeEl universo está en expansión. Esto significa que cada instante el universo crece y es más grande, pero no solo eso, ¡bastaba más!, sino que el ritmo con el que crece es cada vez mayor: se expande aceleradamente. Algo interesante es que no sabemos por qué sucede ésto, es un misterio que aún no hemos podido resolver. Lo que si sabemos es que llegará un momento en que todo lo que hay en el universo estará tan separado de todo lo demás, que prácticamente todo terminará solo y aislado (todos los todos utilizados fueron totalmente intencionales). No se podrán ver las galaxias ni prácticamente ninguna estrella. Claro que para cuando eso pase, pensando en términos humanos, ya no habrá ni Sol ni Tierra ni muy posiblemente humanos (ni el plástico que tanto alarma a algunas personas) así que tampoco se preocupen demasiado. Mejor, en caso de que no lo hagan ya, aprovechen el momento y de vez en cuando volteen hacia arriba por las noches, sobre todo cuando no haya Luna. Es maravilloso.

Todo lo visible en el universo está hecho de quarks y leptones, y eso corresponde aproximadamente a un 4% de la energía (materia y energía son prácticamente lo mismo). Del resto de la materia/energía, que por cierto no podemos ver porque no interacciona con la luz y por eso no la incluimos en el universo visible, a un 27% llamamos materia oscura y al 69% restante le llamamos energía oscura. Esta última está asociada a la expansión acelerada del universo y no tenemos idea de qué es. Tampoco sabemos qué es la materia oscura. Sabemos que existe gracias a que interacciona gravitacionalmente, pero no sabemos de qué está hecha. Bueno, sabemos un poco: no está hecha de quarks ni de leptones, pero hasta ahí llegamos. Tenemos varias ideas y propuestas para explicar la materia oscura y actualmente se están llevando a cabo varios experimentos alrededor del mundo tratando de confirmarlas, pero todavía no sabemos. Es un misterio y por lo tanto un problema abierto que está ahí esperando a alguien que lo pueda resolver. Por cierto, una de mis propuestas ya fue descartada con el descubrimiento del Higgs hace unos meses (pero no lloro, me aguanto).

Una aclaración: es importante mencionar que les llamamos “oscuras” gracias a nuestra inmensa capacidad lírica – y porque no interaccionan con la luz. Si, a veces nos pasamos.

Entender la materia oscura es fundamental para poder explicar cómo es que se formaron las estructuras de materia que existen en el universo, como por ejemplo los grandes cúmulos de galaxias. Cuando los cosmólogos y astrofísicos tratan de reproducir el universo con sus modelos matemáticos y sus super clusters de computadoras, necesitan tener información lo más precisa posible para poder simular la evolución del universo y determinar si sus teorías y modelos funcionan. Me gusta verlos sufrir cuando después de varias semanas de estar “corriendo” sus programas en sus super computadoras, descubren que se les olvidó incluir alguna cosita y tienen que empezar de nuevo (definitivamente no es un buen momento para ir a sus oficinas e invitarles un café, no lo toman muy bien). Recuerdo por ejemplo cuando César Terrero, colega cosmólogo de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Colima, al estar corriendo unos programitas en una computadora de escritorio, la quemó – literalmente – la computadora empezó a sacar humo por todos lados y el edificio adquirió un aroma maravilloso. Por supuesto que lo mejor de todo fue, insisto, verle la cara.

planck-satelliteHace unos días empezaron a salir finalmente los resultados obtenidos por el satélite europeo Planck (llamado así en honor a Max Planck), el cual estuvo recabando información mientras orbitaba el planeta durante los últimos años. De la información recabada han empezado ya a salir los datos más precisos hasta hoy en lo referente a la densidad de energía oscura, materia oscura y materia “ordinaria” (de la que estamos hechos nosotros), entre otras cosas. Las implicaciones de los datos obtenidos apenas se empiezan a analizar con detalle por científicos en todo el mundo. De manera preliminar todo apunta a que se sigue reforzando, cada vez de manera más detallada, la teoría del Big Bang, incluyendo una pieza muy importante que se llama inflación y que hasta ahora aún no ha sido completamente verificada (después les platico qué es inflación, pero por ahora comento que no tiene nada que ver con economía). Planck sin embargo parece darle mucho sustento y la raza (léase cosmólogos) está muy entusiasmada. Veremos que pasa en los siguientes meses en que los expertos de todo el mundo utilicen estos nuevos datos para hacer sus estudios.

Por lo pronto esta situación a lo mejor forzará a Omar, estudiante de César, a tener que trabajar el doble para terminar su tesis de licenciatura. ¿Porqué? Pues simplemente porque no pudo terminar de correr sus programitas antes de que Planck sacara sus nuevos datos y ahora seguramente tendrá que modificar sus códigos para incluirlos. Y desde luego los demás simplemente disfrutaremos verlo un poquito estresado. ¡Ah! Lo bello de trabajar en temas de relevancia actual.

twitter: @alfredoaranda

facebook: Fefo Aranda

4 Responses to Planck

  1. Berenice dice:

    Veo que disfrutas del estrés ajeno jejeje. Me gustaría que escribieras también un poco sobre cómo los satélites recaban esa información, mediante cuál o qué instrumentos de medición.
    Yo que no soy física ni matemática, tal vez no entienda en su totalidad los datos arrojados por los satélites, pero me gustaría también saber lo que hay detrás de esos datos.

    Saludos.. 😀

    • fefino dice:

      Hola Berenice,
      Disculpa la tardanza…. Como no tiene casi nada que hacer, le he pedido a Omar que nos platique cómo funciona Planck. Espero que no tarde mucho en responder… saludos….

  2. Hola Berenice. Me he tomado la libertad de tratar de explicar el surgimiento de éste tipo de satélites y más específicamente, un poco de como trabaja el Planck.

    Hasta hace apenas unas décadas atrás, la Cosmología constituía una rama de la física muy pobre. Se conformaba de un conjunto de razonamientos e hipótesis relativos al origen y evolución del Universo. Esto se debía, principalmente, a la dificultad para hacer mediciones precisas sobre los fenómenos que ocurrían a distancias grandes. En otras palabras, no se tenían los experimentos para recabar datos, y sin datos con los que trabajar, digamos que la Cosmología andaba a ciegas. No fue sino hasta 1964 con el descubrimiento del Fondo Cósmico de Microondas (FCM), que se empezó a vislumbrar un camino para la Cosmología.

    Pero ¿Por qué el Fondo Cósmico de Microondas?, ¿Qué tiene de especial?
    El FCM es un tipo de radiación que se origino en los inicios del Big Bang -me gusta verlo como el último gran grito después de la creación -y representa las variaciones de temperatura de los fotones que fueron liberados después de ese “grito” cósmico. Lo que tiene de especial éste fondo, es que llena todo el Universo, y aún más especial, ¡es medible!. Esto quiere decir que podemos captar esos fotones y medir su temperatura (mucho mas fría de la original, ya que en su largo viaje se han ido enfriando, esto también se debe a la expansión). Pero bueno, midiendo las variaciones de la temperatura del FCM, se logra explicar con mucha mayor precisión como se formo y evoluciono nuestro Universo, y con esto, el nacimiento de la Cosmología moderna.

    El primero de los experimentos encargados de explorar el FCM fue COBE (Cosmic Background Explorer), lanzado en 1989 con una duración de aproximadamente 4 años. Los resultados eran tan alentadores, que después de COBE fueron lanzados una serie de experimentos (en tierra y aire) que daban mejor precisión a los datos de COBE (e incluían otro tipo de mediciones). El siguiente experimento en órbita fue el WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), lanzado en 2001 y con una duración de más de 11 años realizo las mejores mediciones hasta ese momento con una banda de frecuencias que van de 23 GHz a 94 GHz -La banda de frecuencias lo que hace es indicarnos que tan potente es su visión. Finalmente tenemos a PLANCK (en honor a Max Planck), lanzado en 2009, el cual al momento lleva cerca de 4 años de mediciones. A diferencia de su predecesor, el WMAP, PLANCK cubre un rango de frecuencias que van de los 30 Ghz a los 857 GHz, lo que lo vuelve 10 veces mas sensible. Aquí pararemos a explicar un poco cómo es que PLANCK hace lo que hace. Sí, sus mediciones.

    PLANCK no es más que una cajita de 4.20 x 4.22 m que se encuentra a 1,500,000 km de la Tierra. La nave del PLANCK se compone de dos elementos principales: un modulo de servicio cálido, y un modulo de carga fría, que incluye los instrumentos científicos y el telescopio. El gran telescopio del PLANCK gira sobre su propio eje (el eje se encuentra en dirección al Sol) formando un anillo de observación al rededor del cielo (con cielo me refiero al vasto espacio profundo). En el transcurso del año, el eje alrededor del cual gira PLANCK se mueve al rededor del cielo, lo que garantiza que el satélite no está mirando hacia el Sol o la Tierra. Al rededor de una vez cada hora se encienden unos propulsores que impulsan el satélite una cantidad muy pequeña, en total, suman 1° por día, pero en el transcurso del año PLANCK cubre los 360° al rededor del Sol. Dejo un video en el que se muestra como se hace el escaneo del cielo: http://youtu.be/dQYfs2y061o

    PLANCK recoge la luz del Fondo Cósmico de Microondas y la enfoca sobre el plano focal de los instrumentos científicos abordo. El espejo primario, de 1.9 x 1.5 m de diámetro, está hecho de fibra de carbono reforzado con plástico y está recubierto con una capa fina reflectante de aluminio, pesa sólo alrededor de 28 kg. Se ha diseñado lo suficientemente robusto como para resistir las tensiones del lanzamiento y las diferencias de temperatura entre el lanzamiento (~300 K), y su posición en órbita (~40 K). El telescopio está rodeado por un gran reflector que minimiza la interferencia entre la luz de la Tierra, el Sol y la Luna. Visto desde el rango de las microondas, el FCM es tan solo 1% de luminoso como la Tierra, es por eso que los reflejos son una preocupación particular para cualquier telescopio que observe el FCM a esas escalas (las de microondas). Sería como tratar de observar las estrellas en una ciudad, la contaminación del brillo de la ciudad no me dejaría distinguir el brillo de las estrellas, que yo sé, están ahí arriba (o abajo).

    PLANCK lleva dos instrumentos científicos, un Instrumento de Alta Frecuencia, o HFI (por sus siglas en ingles), y el Instrumento de Baja Frecuencia, o LFI. Estos detectores convierten las frecuencias de microondas y radio recogidas por el telescopio en mapas muy precisos del cielo de microondas. Estos datos serán utilizados para extraer las estimaciones más precisas de las variaciones espaciales de la temperatura del FCM.

    Los detectores de PLANCK cuentan con la más alta sensibilidad y resolución angular. La resolución angular indica la menor separación entre regiones del espacio que los detectores son capaces de distinguir; cuanto menor sea la separación, mejor sera la información recogida en la temperatura del FCM. Son tan sensibles que pueden medir las variaciones de la temperatura en el cielo a millonésimas de grado, esto sería, por ejemplo, como medir desde la Tierra el calor producido por un conejo sentado en la Luna. Para lograr esto, se necesita enfriar los detectores a un décimo de grado por encima del cero absoluto (-273.15 °C, un poquito frío), de modo que su propio calor no contamine la señal del cielo.

    Se menciono solo a los fotones del FCM para dar con las variaciones de temperatura como objetivo principal del PLANCK, pero en realidad, en su escaneo por todo el cielo, PLANCK hace otro tipo de observaciones, como Núcleos Activos de Galaxias y Lentes Gravitacionales, entre otras cosas. Todo esto para tener datos más precisos de los parámetros que marcan el origen y evolución de nuestro Universo.

  3. Berenice dice:

    WoW, fascinante!!! Muchas gracias Omar, por tomarte la molestia de responder.

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