Instrumento BICEP2 en primer plano, en el Polo Sur, que ha
detectado señales de ondas de los primeros instantes del Universo. Crédito: Steffen University Richter / Harvard
Hoy 17 de marzo de
2014, los astrónomos anunciaron que han adquirido la primera evidencia directa
de las ondas gravitacionales que recorrieron nuestro universo temprano, durante un
período explosivo de crecimiento llamado inflación (Que se conoce como Era
Inflacionaria).
Esta es la
confirmación más fuerte hasta ahora de las teorías de la inflación cósmica, que
dicen que el universo se expandía por 100 billones de billones de veces, en
menos de un abrir y cerrar de ojos.
Los hallazgos fueron
realizados con la ayuda de la tecnología de detección desarrollada por la NASA en el radio-telescopio BICEP2 ubicado
en el Polo Sur, en colaboración con la Fundación Nacional
de Ciencia. El Telescopio captó una instantánea de las olas a medida que continuaban creando tensión en el Universo hace unos 380.000 años más tarde, cuando las estrellas aún no se habían formado y la materia se seguía esparciendo por el espacio como un caldo de plasma. La imagen fue vista en el fondo cósmico de microondas (CMB), el resplandor que irradiaba el plasma al rojo vivo a lo largo de millones de años de expansión cósmica se ha enfriado a nivel de las energías de microondas.
"Funcionamiento de los últimos detectores en los
experimentos a bordo de globos y de tierra nos permite madurar estas
tecnologías para las misiones espaciales y, en el proceso, hacemos
descubrimientos sobre el universo", dijo Paul Hertz, director de la División de Astrofísica
de la NASA en
Washington.
El telescopio BICEP2 en el Polo Sur utiliza una matriz
especializada de detectores superconductores para capturar la luz polarizada de
miles de millones de años atrás. Crédito: NASA / JPL-Caltech
Nuestro Universo
inició su existencia mediante una explosión, evento conocido como el Big Bang (La Gran Explosión en español) hace 13,800 millones
años. Momentos más tarde, el propio espacio destrozado, se expandió de manera
exponencial en un episodio conocido como Era Inflacionaria. Los signos reveladores de este
capítulo en la historia temprana de nuestro universo están impresas en los
cielos, en un resplandor reliquia llamada el fondo cósmico de microondas. Recientemente,
esta teoría básica del universo se confirmó una vez más por el satélite Planck,
una misión de la
Agencia Espacial Europea para que la NASA que ha proporcionado la última y reciente
tecnología, de un detector.
Pero los
investigadores han buscado durante mucho tiempo una evidencia más directa de la
inflación en forma de ondas gravitacionales, que aprietan y y provocan el
estiramiento del espacio.
"Pequeñas fluctuaciones cuánticas fueron amplificados
a tamaños enormes por la expansión inflacionaria del universo. Sabemos que esto
produce otro tipo de ondas llamadas ondas de densidad, pero queríamos probar si
también se producen ondas gravitacionales", dijo el co-líder del
proyecto Jamie Bock del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California,
que desarrolló la tecnología de detectores BICEP2.Bock tiene un nombramiento
conjunto con el Instituto de Tecnología de California, también en Pasadena.
Las ondas
gravitacionales “swirly” producidas, son un modelo característico de la luz polarizada,
llamado polarización "en modo B". La
luz puede polarizarse por la dispersión de las superficies, como un coche o un
estanque. Gafas de sol
polarizadas rechazan la luz polarizada para reducir el deslumbramiento. En el caso del fondo cósmico de
microondas, la luz que es dispersado por los electrones luego se convierten en
luz polarizado.
El equipo BICEP2
asumió el reto de detectar el “modo B” de polarización al reunir los mejores
expertos en la materia, desarrollando una tecnología revolucionaria, para lo cual,
viajaron al mejor sitio de observación de la Tierra : El Polo Sur.
La colaboración
incluye las principales contribuciones de Caltech, JPL, de la Universidad de
Stanford, Stanford, California, la Universidad de Harvard, Cambridge, Mass., y la Universidad de
Minnesota, Minneapolis.
Como resultado de los
experimentos llevados a cabo desde 2006, el equipo ha sido capaz de producir
pruebas concluyentes de que la señal en modo B, ha sido el apoyo más fuerte hasta ahora de la
inflación cósmica. La clave de su
éxito fue el uso de detectores superconductores nuevos. Los superconductores son materiales
que, cuando está enfriado, permiten que la corriente eléctrica fluya
libremente, sin resistencia.
"Nuestra tecnología combina las propiedades de la
superconductividad con estructuras pequeñas que sólo se pueden ver con un
microscopio. Estos dispositivos se fabrican con el mismo proceso de
micro-mecanizado como los sensores en los teléfonos celulares y los
controladores de Wii", dijo Anthony Turner, utilizando equipos de fabricación
especializada en Microdevices de los laboratorios
del JPL.
La señal en modo B es
extremadamente débil. Con el fin
de obtener la sensibilidad necesaria para detectar la señal de polarización,
Bock y Turner desarrollaron una gama única de detectores múltiples, similar a
los píxeles de las cámaras digitales modernas, pero con la capacidad adicional
de detectar dicha polarización. El
sistema detector conjunto funciona a una temperatura 0,25 Kelvin, a sólo 0,45
grados centígrados por encima de la temperatura más baja posible del cero
absoluto.
"Esta medida extremadamente desafiante requiere una
arquitectura completamente nueva", dijo Bock."Nuestro
enfoque es como tomar una cámara y la construcción de ésta en una placa de
circuito impreso."
El experimento BICEP2
utiliza 512 detectores, que aceleraron observaciones del fondo cósmico de
microondas por 10 veces en mediciones anteriores del equipo. Su nuevo experimento, ya la
realización de observaciones, utiliza 2.560 detectores.
Estos y los futuros
experimentos no sólo ayudan a confirmar que el universo se infla de manera
espectacular, y que también están proporcionando las primeras pistas teóricas
sobre las fuerzas exóticas que impulsaron el espacio y el tiempo en forma
separada.
Los resultados de este
estudio se han presentado a la revista Nature Bajo el titulo ¿"How Astronomers Saw Gravitational Waves from The Big Bang"? y "Telescope Captures View of gravitational Waves".
Esta imagen muestra uno de los detectores de la NASA del proyecto BICEP2,
desarrollado en colaboración con la Fundación Nacional
de Ciencia. Los sensores se utilizan para efectuar la primera detección de
ondas gravitacionales en la antigua luz de fondo, en los inicios del universo. El
descubrimiento proporciona la evidencia más fuerte hasta ahora de un período
explosivo en la expansión de nuestro universo conocido como inflación.Los detectores fueron desarrollados y
construidos en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, CaliforniaLa imagen fue tomada por un microscopio
"haz electrónico de barrido", dando un primer plano, vista 3-D. El detector funciona convirtiendo la
luz del fondo cósmico de microondas - radiación fósil del Big Bang - en calor. Este calor se disipa en una película
de meandros de oro situado en una isla de material suspendido en el espacio
libre por diminutas piernas que fueron hechas por un proceso llamado
micro-mecanizado. (La isla es el
rectángulo suspendido en el espacio libre en negro.) Una película de titanio
superconductor en el detector (lado izquierdo de la isla) sirve como un
termómetro sensible para medir el calor.Los sensores se enfrían a tan sólo 0,25 grados
por encima del cero absoluto para minimizar el ruido térmico. La isla está diseñada para aumentar
aún más la sensibilidad al calor mediante el aislamiento del termómetro del
resto de la estructura. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech
Detectores que permiten ver las ondas
gravitacionales del amanecer del Universo; esta imagen muestra una matriz de
los 512 detectores superconductores utilizados en el Telescopio BICEPP2 en el
Polo Sur. La tecnología ha sido clave para detectar los efectos de las ondas
gravitacionales asociadas al principio de la época inflacionaria de nuestro
Universo. Toda la tecnología involucrada en los detectores, fue desarrollada y
producida por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.
Crédito: NASA / JPL.Caltech
Fuente: JPL-Caltech Marzo 17.2014
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