Tras casi una década desde que iniciase sus observaciones del cielo del hemisferio norte, la colaboración QUIJOTE ha presentado, en una serie inicial de 6 artículos científicos, la descripción más precisa hasta la fecha de la polarización de la emisión en microondas de la Vía Láctea. Se trata de una ventana de observación nunca antes explorada y que proporciona información complementaria a la obtenida por algunas misiones espaciales (Planck y WMAP) dedicadas al estudio del fondo cósmico de mIcroondas (FCM), la radiación fósil procedente del Big Bang. Los nuevos resultados permiten obtener información de la estructura del campo magnético de nuestra galaxia y ayudarán a comprender los procesos energéticos que tuvieron lugar en el nacimiento del Universo.

El experimento QUIJOTE está emplazado en el Observatorio del Teide (Izaña, Tenerife) y está compuesto por dos telescopios de 2.25 m de diámetro que observan el cielo en el dominio de las microondas (10-40 GHz). Liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), este experimiento inició sus observaciones en 2012. Ahora, gracias a los datos obtenidos con su instrumento multifrecuencia MFI, que estuvo en operación hasta 2018, un equipo científico ha presentado una serie de seis publicaciones en la revista especializada Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) en los que se revela la descripción más precisa hasta la fecha de la polarización de los procesos de emisión en microondas de nuestra galaxia.

“Estos mapas proporcionan una descripción detallada del cielo en un nuevo rango de frecuencia, de 10 a 20 GHz, complementario a las misiones espaciales que previamente han observado el cielo en microondas, como Planck (ESA) y WMAP (NASA)”, comenta José Alberto Rubiño, responsable científico de QUIJOTE e investigador principal del proyecto europeo RADIOFOREGROUNDS. “Hemos caracterizado con una precisión sin precedentes la polarización de la emisión sincrotrón de nuestra galaxia, que es el resultado de la emisión de partículas cargadas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz en el seno del campo magnético galáctico. Estos mapas, resultado de casi 9.000 horas de observación, son una herramienta única para estudiar el magnetismo en el Universo”, añade.

Sincrotrón polarizado y el FCM

El FCM es una radiación fósil que proviene de los primeros instantes del Universo y que observamos hoy en día en el dominio de ondas de radio. Este tipo de radiación es estudiada por los científicos porque, “investigando sus propiedades de polarización, pretendemos encontrar la huella indirecta de la existencia de ondas gravitacionales generadas tras el Big Bang”, comenta Ricardo Génova-Santos (IAC). 

Para acceder a esa señal del origen del Universo, los científicos deben eliminar el velo de emisión asociado a nuestra galaxia. Los nuevos mapas de QUIJOTE proporcionan una herramienta para llevar a cabo esa tarea. “Uno de los resultados más interesantes que hemos encontrado es que la emisión sincrotrón polarizada de nuestra galaxia es mucho más variable espacialmente de lo que se pensaba”, comenta Elena de la Hoz, investigadora del Instituto de Física de Cantabria (IFCA). “Los resultados obtenidos constituyen una referencia para ayudar a experimentos futuros a detectar la señal cosmológica”, añade.

“La detección de dicha señal cosmológica, un patrón muy específico en la polarización del fondo de microondas asociado a la presencia de ondas gravitacionales generadas durante la denominada época inflacionaria, abriría una nueva ventana a la Física fundamental —subraya Rubiño—, permitiendo explorar escalas de energía billones de veces superiores a las que se pueden explorar actualmente desde la Tierra con aceleradores de partículas”. Y añade: “Su estudio nos permitiría comprender los procesos energéticos que tuvieron lugar en el nacimiento del Universo”.

Emisión anómala de microondas

Los nuevos datos de QUIJOTE son también una herramienta única para estudiar la emisión anómala de microondas (EAM), un tipo de emisión que se detectó por primera vez hace unos 25 años, y que se piensa que está producida por la rotación de partículas de polvo muy pequeñas del medio interestelar que tienden a orientarse por la presencia del campo magnético galáctico.

“Las propiedades de polarización de estas emisiones tienen que ser caracterizadas y entendidas en detalle para poder descontaminar los mapas de la polarización del FCM para la Cosmología”, comenta Frederick Poidevin, investigador del IAC.  “Con los nuevos datos de QUIJOTE hemos mejorado nuestra comprensión de la EAM en múltiples regiones de nuestra galaxia“, apunta Denis Tramonte, investigador del Purple Mountain Observatory(PMO-CAS, China).

Otros resultados 

Los mapas de QUIJOTE también han permitido estudiar la emisión de microondas proveniente del centro galáctico. Recientemente se ha detectado en esta región un exceso de emisión en microondas de origen aún desconocido, pero que podría estar asociado con procesos de decaimiento de partículas de materia oscura. “Con QUIJOTE hemos confirmado la existencia de ese exceso de emisión y encontramos evidencia de que dicha señal podría estar polarizada. Esta información es esencial para entender la naturaleza de dicha emisión”, comenta Federica Guidi, investigadora del Institut d'Astrophysique de Paris (IAP, Francia).

Finalmente, los nuevos mapas de QUIJOTE han permitido realizar un estudio sistemático de más de 700 fuentes de emisión en radio y microondas, tanto de origen galáctico como extragaláctico. “Para unas 40 de estas fuentes en las que se ha detectado emisión polarizada, el estudio de sus propiedades de emisión concuerda con las predicciones de los modelos que existían en la literatura”, comenta Diego Herranz, investigador del IFCA.

Además de estos seis artículos, hay otros ocho en preparación a punto de ser enviados a publicar, que continúan con la explotación científica de los mapas de QUIJOTE. 

QUIJOTE es el resultado de una colaboración científica entre el IAC, el IFCA, el Departamento de Ingeniería de Comunicaciones (Santander), el Observatorio Jodrell Bank de la Universidad de Manchester, el Laboratorio Cavendish (Cambridge) y la compañía IDOM.

Lista de artículos asociados:

• Rubiño-Martin et al. (2023), “A northern sky survey in intensity and polarization at 10–20 GHz with the multi-frequency instrument”, MNRAS, DOI: 10.1093/mnras/stac3439
• Tramonte et al. (2023), “The microwave intensity and polarization spectra of the Galactic regions W49, W51, and IC443”, MNRAS, DOI: 10.1093/mnras/stac3502
• Guidi et al. “The Haze as seen by QUIJOTE”, MNRAS, DOI: 10.1093/mnras/stac3468
• Poidevin et al. (2023), “Galactic AME sources in the QUIJOTE-MFI North Hemisphere wide survey”, MNRAS, DOI: 10.1093/mnras/stac3151
• de la Hoz et al. (2023), “Diffuse polarized foregrounds from component separation with QUIJOTE-MFI”, MNRAS, DOI: 10.1093/mnras/stac3020
• Herranz et al. (2023), “Radio sources in the QUIJOTE-MFI wide survey maps”, MNRAS, DOI: 10.1093/mnras/stac3657

Otra información:

Los mapas de QUIJOTE están disponibles públicamente a través de:

• Web de QUIJOTE
• Web de RADIOFOREGROUNDS

Lista actualizada de los miembros de la colaboración QUIJOTE

Contactos:

Jose Alberto Rubino-Martin (IAC): jalberto [at] iac.es
Denis Tramonte (PMO): tramonte [at] pmo.ac.cn
Federica Guidi (IAP): federica.guidi [at] iap.fr
Frederick Poidevin (IAC): fpoidevin [at] iac.es
Elena de la Hoz (IFCA/Unican): delahoz [at] ifca.unican.es
Diego Herranz (IFCA): herranz [at] ifca.unican.es