El 14 de mayo de 2009, la Agencia Europea del Espacio (ESA) lanzaba al espacio desde Kourou, en la Guayana Francesa, el satélite Planck, junto con el Observatorio Espacial Herschel. Su objetivo era medir, con una resolución y sensibilidad sin precedentes, la radiación del fondo de microondas (CMB, de sus siglas en inglés) procedente del Big Bang. Esta radiación es la “luz” más antigua del Universo, emitida cuando éste tenía tan solo 380.000 años de antigüedad.

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en colaboración con la industria española, aportó el sistema de control electrónico (REBA, Radiometer Electonic Box Assembly) de uno de los dos instrumentos científicos de este satélite: el LFI o instrumento de baja frecuencia. Asimismo, investigadores del IAC forman parte del llamado “Core Team”, que desarrolla la elaboración y explotación de los mapas de la misión, y un astrofísico de este instituto, José Alberto Rubiño, ha coordinado el grupo de ciencia con más de 50 investigadores, dedicado al estudio de cúmulos de galaxias detectados a través del efecto Sunyaev-Zeldovich que distorsiona el CMB.

Hoy, Planck es un claro éxito tanto tecnológico como científico, como pone de manifiesto el volumen especial que la revista Astronomy & Astrophysics (A&A) le ha dedicado reuniendo la primera tanda de 31 artículos aceptados basados en los datos cosmológicos de más de 15 meses de observaciones de Planck. Su impacto ha sido enorme y, por cuantificarlo, desde su aparición en el archivo de publicaciones astrofísicas astro-ph en 2013, han recibido casi 5.000 citas en las base de datos de ADS (Astrophysics Data System); sólo el artículo principal sobre parámetros cosmológicos tiene unas 2.200 citas (un ritmo de más de 100 citas al mes). Y tres de los 22 artículos publicados en revistas científicas del grupo que coordina Rubiño se incluyen en este volumen. “Todo esto es algo muy excepcional en Astrofísica y refleja la trascendencia que este satélite tiene para la comunidad científica”, subraya Rafael Rebolo, director del IAC y co-investigador de esta misión espacial.

En la Colaboración Planck han participado unas 40 instituciones científicas de Europa, Estados Unidos y Canadá. La contribución española ha sido importante, no sólo por parte del IAC, que participa en esta misión desde hace más de 20 años, sino también por la de centros como el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), la Universidad de Granada, la Universidad de Cantabria, el Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA) y otras universidades, como las de Salamanca, Valencia y Oviedo.

Misiones espaciales

Desde que Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la radiación del fondo cósmico de microondas en 1965, lo que les hizo merecedores del Premio Nobel de Física, muchos científicos se han interesado por este remanente del Big Bang. El estudio de esta radiación es actualmente un campo de investigación muy activo en Cosmología ya que establece los límites de los modelos cosmológicos. En particular, las observaciones del CMB confirman la predicción clave del modelo del Big Bang y, más precisamente, de lo que los cosmólogos llaman “el modelo de concordancia” de la Cosmología.

La misión Planck fue diseñada para medir la emisión de todo el cielo en nueve longitudes de onda distintas, que van desde el radio (1 cm) al infrarrojo lejano (300 micras). Varias fuentes distinguibles de la emisión ─ tanto de origen galáctico y extragaláctico ─ contribuyen a las características observadas en cada una de las nueve imágenes. Las emisiones de radio de la Vía Láctea son más prominentes en las longitudes de onda más largas, y la emisión de polvo térmica en las más cortas. Otras galaxias contribuyen a la mezcla, sobre todo como fuentes sin resolver. En el medio del rango de longitudes de onda de Planck, el CMB domina el cielo en las latitudes galácticas intermedias y altas. Las firmas espectrales y espaciales de todas estas fuentes se utilizan para extraer una imagen de todo el cielo de las pequeñísimas anisotropías de temperatura del CMB con una precisión sin precedentes. Las propiedades de estas fluctuaciones se utilizan para inferir los parámetros que caracterizan nuestro universo en los orígenes.

La “receta cósmica”

Tal y como anunciara el pasado mes de marzo, el equipo de Planck establece en estos trabajos la nueva "receta cósmica", es decir, las proporciones relativas de los ingredientes constitutivos del Universo. La materia normal, que compone las estrellas y las galaxias, contribuye sólo con el 4,9% de la energía del Universo. Sobre la materia oscura, que hasta la fecha sólo se detecta indirectamente por su influencia gravitacional sobre las galaxias y cúmulos de galaxias, se ha encontrado que constituye el 26,8%, más que las estimaciones previas. Por el contrario, la energía oscura, una fuerza misteriosa responsable supuestamente de la aceleración de la expansión del Universo, representa el 68,3%, menos de lo que se pensaba.

El equipo de Planck ha estudiado igualmente las propiedades estadísticas de la CMB en gran detalle y ha exploran la distribución estadística de las anisotropías de la temperatura. No hay evidencia de ninguna desviación de la isotropía a pequeñas escalas angulares. Si bien las observaciones a escalas angulares pequeñas e intermedias coinciden muy bien con las predicciones del modelo, Planck ha proporcionado la primera evidencia indiscutible de que la distribución de las fluctuaciones primordiales no era la misma en todas las escalas y que comprende más estructura de lo esperado en escalas más grandes. Una señal anómala aparece como una asimetría sustancial en la señal de CMB observada en los dos hemisferios opuestos del cielo: uno de los dos hemisferios parece tener una señal significativamente más fuerte en promedio. Además, los datos de Planck han servido para establecer restricciones más estrictas a las teorías de inflación cósmica.

El CMB no es sólo una imagen del Universo tomada hace 13,8 mil millones años, también es una imagen que se ha distorsionado durante su viaje debido a que los fotones del CMB interactuaron con las estructuras a gran escala con las que se encontraron (tales como cúmulos de galaxias y galaxias). Los científicos han extraído de los datos de Planck un mapa del efecto lente gravitacional hoy visible en el CMB y que cubre todo el cielo. El mapa publicado en este artículo ofrece una nueva manera de investigar la evolución de las estructuras en el Universo durante su evolución.

El grupo de ciencia que coordina Rubiño ha producido el mayor catálogo de cúmulos de galaxias basados en la distorsión del espectro del CMB, lo que se conoce como efecto Sunyaev-Zeldovich, una distorsión causada por electrones muy energéticos en los cúmulos de galaxias. “La combinación de estas medidas de cúmulos de galaxias detectados por Planck y las medidas de las anisotropías del fondo de microondas proporcionan una herramienta astrofísica muy valiosa para caracterizar las propiedades físicas de los neutrinos y, en particular, su masa”, comenta Rubiño.

El volumen que se publica ahora incorpora la versión final de los resultados anunciados hace meses basados en las medidas de la intensidad de la radiación de microondas. El próximo mes de diciembre, la ESA y el Consorcio Planck harán públicos los resultados obtenidos sobre la polarización de esta radiación.

Revista especial de A&A: Planck 2013 results Astronomy & Astrophysics, volume 571, November 2014. Tabla de contenidos.

Nota de prensa de A&A - Resultados Planck 2013: http://www.aanda.org/index.php?option=com_content&task=view&id=1059&Itemid=277

Contactos:

José Alberto Rubiño: 922605276; jalberto [at] iac.es (jalberto[at]iac[dot]es)