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La nueva visión de la luz más antigua de la naturaleza agrega un nuevo giro al debate sobre la edad del universo

Las observaciones realizadas por el equipo de investigación del Telescopio de Cosmología de Atacama, en el que participa el investigador PUCV Cristóbal Sifón, sugieren que el universo tiene 13.800 millones de años. 

El telescopio de cosmología de Atacama mide la luz más antigua del universo, conocida como el fondo cósmico de microondas. Usando esas medidas, los científicos pueden calcular la edad del universo. Crédito: Debra Kellner

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15.07.20

Desde una montaña alta en el desierto de Atacama en Chile, los astrónomos del Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) de la Fundación Nacional de Ciencias de EEUU han examinado de nuevo la luz más antigua del universo. Sus nuevas observaciones más un poco de geometría cósmica sugieren que el universo tiene 13.77 mil millones de años, más o menos 40 millones de años.

La nueva estimación coincide con la proporcionada por el modelo estándar del universo y las mediciones de la misma luz realizada por el satélite Planck. Esto agrega un nuevo giro a un debate en curso en la comunidad astrofísica, dice Simone Aiola, primer autor de uno de los dos nuevos artículos sobre los hallazgos publicados en arXiv.org. En 2019, un equipo de investigación que midió los movimientos de las galaxias calculó que el universo es cientos de millones de años más joven de lo que predijo el equipo de Planck. Esa discrepancia sugirió que podría ser necesario un nuevo modelo para el universo y despertó la preocupación de que uno de los conjuntos de mediciones podría ser incorrecto.

"Ahora hemos encontrado una respuesta en la que Planck y ACT están de acuerdo", dice Aiola, investigador del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. "Habla del hecho de que estas mediciones difíciles son confiables".

La edad del universo también revela qué tan rápido se está expandiendo el cosmos, un número cuantificado por la constante de Hubble. Las mediciones de ACT sugieren una constante de Hubble de 67,6 kilómetros por segundo por megaparsec. Eso significa que un objeto a 1 megaparsec (alrededor de 3,26 millones de años luz) de la Tierra se está alejando de nosotros a 67,6 kilómetros por segundo debido a la expansión del universo. Este resultado coincide casi exactamente con la estimación previa de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec por el equipo del satélite Planck, pero es más lento que los 74 kilómetros por segundo por megaparsec inferidos de las mediciones de galaxias.

"No tenía una preferencia particular por ningún valor específico: iba a ser interesante de una forma u otra", dice Steve Choi de la Universidad de Cornell, primer autor del otro artículo publicado en arXiv.org. “Encontramos una tasa de expansión que coincide con la estimación del equipo del satélite Planck. Esto nos da más confianza en las mediciones de la luz más antigua del Universo".

En el equipo de investigación participa el académico del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Cristóbal Sifón, quien estudia cúmulos de galaxias - los objetos más masivos del Universo - a través de las sombras que éstos producen en el CMB. “Esta discrepancia sostenida entre el CMB y las velocidades de galaxias es una de las grandes preguntas sin resolver en el modelo cosmológico estándar. Sería muy interesante que la respuesta sean nuevos fenómenos físicos, pero hay que tomarlo con cautela. Hasta el momento, no tenemos una solución convincente”, señaló.

Al igual que el satélite Planck, ACT – telescopio que cuenta con el apoyo de la National Science Foundation de EEUU y las contribuciones de las instituciones miembros - observa el resplandor del Big Bang. Esta luz, conocida como el fondo cósmico de microondas (CMB), marca un tiempo 380.000 años después del nacimiento del universo cuando los protones y electrones se unieron para formar los primeros átomos. Antes de ese momento, el cosmos era opaco a la luz.

Una parte de una nueva imagen de la luz más antigua del universo tomada por el Telescopio de Cosmología de Atacama. Esta parte cubre una sección del cielo 50 veces el ancho de la luna, que representa una región del espacio de 20 mil millones de años luz de diámetro. La luz, emitida solo 380.000 años después del Big Bang, varía en polarización (representada aquí por colores más rojos o azules). Los astrofísicos utilizaron el espacio entre estas variaciones para calcular una nueva estimación de la edad del universo. Crédito: ACT Colaboración

 

Si los científicos pueden estimar qué tan lejos viajó la luz del CMB para llegar a la Tierra, pueden calcular la edad del universo. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo. Juzgar distancias cósmicas desde la Tierra es difícil. En cambio, los científicos miden el ángulo en el cielo entre dos objetos distantes, con la Tierra y los dos objetos formando un triángulo cósmico. Si los científicos también conocen la separación física entre esos objetos, pueden usar la geometría de la escuela secundaria para estimar la distancia de los objetos desde la Tierra.

Las variaciones sutiles en el brillo del CMB ofrecen puntos de anclaje para formar los otros dos vértices del triángulo. Esas variaciones en la temperatura y la polarización resultaron de fluctuaciones cuánticas en el universo temprano que se amplificaron por el universo en expansión para formar regiones de distinta densidad. (Las zonas más densas formarían cúmulos de galaxias). Los científicos tienen una comprensión lo suficientemente sólida de los primeros años del universo como para saber que estas variaciones en el CMB generalmente deberían espaciarse cada mil millones de años luz para la temperatura y la mitad para la polarización. (Para escala, nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene aproximadamente 200.000 años luz de diámetro).

ACT midió las fluctuaciones de CMB con una resolución sin precedentes, observando más de cerca la polarización de la luz. "El satélite Planck midió la misma luz, pero al medir su polarización con mayor fidelidad, la nueva imagen de ACT revela más de los patrones más antiguos que hemos visto", dice Suzanne Staggs, investigadora principal de ACT y Profesora de Física Henry deWolf Smyth en la Universidad de Princeton.

A medida que ACT continúe observando, los astrónomos tendrán una visión aún más clara del CMB y una idea más exacta de hace cuánto comenzó el cosmos. El equipo de ACT también examinará estas observaciones en busca de física que no calce en el modelo cosmológico estándar. Física extraña como ésa podría resolver la discrepancia entre las predicciones de la edad del universo y su tasa de expansión a partir de las mediciones del CMB y de las velocidades de galaxias.

“Continuamos observando la mitad del cielo desde Chile con nuestro telescopio”, dice Mark Devlin, director adjunto de ACT y Profesor de Astronomía y Astrofísica Reese W. Flower en la Universidad de Pennsylvania. “A medida que la precisión de ambas técnicas aumente, la presión para resolver el conflicto sólo crecerá”.

El equipo de ACT es una colaboración internacional, con científicos de 41 instituciones en siete países. “ACT nos permite reconstruir la historia del universo con gran precisión. Las mediciones continuarán mejorando en los próximos años, y la comunidad chilena tiene el privilegio de poder formar parte de estos grandes avances científicos.”, dice Cristóbal Sifón. “Gracias al gran detalle con que ACT observa, y aprovechando los grandes telescopios instalados en Chile, nosotros hemos caracterizado cientos de cúmulos de galaxias, lo que nos ofrece una vista complementaria de la historia del universo”, cierra. ACT cuenta con el apoyo de la National Science Foundation de EEUU y las contribuciones de las instituciones miembros. 

Desde sus orígenes el proyecto ACT ha fomentado el desarrollo de colaboraciones científicas con y entre instituciones chilenas, tales como la Pontificia Universidad Católica de Chile, la Universidad de Chile y, recientemente, la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, siendo un impulsor de esta ciencia a nivel nacional.

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Fuente: ACT Press

Por Marcelo Vásquez, periodista VRIEA PUCV - marcelo.vasquez@pucv.cl