El Telescopio del
Polo Sur mide el fondo de microondas cósmico desde los primeros días del
universo. Foto: Jason Gallicchio
En las profundidades de la Antártida, en el punto más austral de nuestro planeta, se encuentra un telescopio de 10,5 metros (33 pies) diseñado para un solo propósito: Hacer imágenes de la luz más antigua del universo.
Esta
luz, conocida como fondo cósmico de microondas (Cosmic Microwave
Background o CMB en inglés), ha viajado
a través del cosmos durante 14 mil millones de años, desde los momentos
inmediatamente posteriores al Big Bang hasta ahora.
Debido
a que es más brillante en la parte de microondas del espectro, el CMB es
imposible de ver con nuestros ojos y requiere Telescopios especializados.
The South Pole Telescope - El Telescopio del Polo Sur - fue especialmente diseñado para medir el CMB,
ha abierto recientemente su cámara de tercera generación para un estudio de
varios años para observar los primeros instantes del universo.
Desde
2007, el SPT arrojó luz sobre la física de los agujeros negros, descubrió un
cúmulo de galaxias que está produciendo estrellas a la velocidad más alta jamás
vista, redefinió nuestra imagen de cuando las primeras estrellas se formaron en
el universo, proporcionó nuevos conocimientos sobre energía oscura y enfocado en las masas de neutrinos.
Esta
última actualización mejora su sensibilidad en casi un orden de magnitud, lo
que la convierte en uno de los instrumentos CMB más sensibles jamás creados.
"Poder detectar y analizar el
CMB, especialmente con este nivel de detalle, es como tener una máquina del
tiempo para volver a los primeros momentos de nuestro universo", dice el profesor John Carlstrom de la Universidad de Chicago, el
investigador principal del Polo Sur Proyecto del telescopio
"Codificado en imágenes de la
luz CMB que capturamos es la historia de lo que esa luz ha encontrado en su
viaje de 14 mil millones de años a través del cosmos", dice. "A partir de
estas imágenes, podemos decir de qué está hecho el universo, cómo se veía el
universo cuando era extremadamente joven y cómo el universo ha
evolucionado".
Ubicada
en la Estación del Polo Sur Amundsen-Scott de la Fundación Nacional de
Ciencias, el Telescopio del Polo Sur es financiado y mantenido por la National
Science Foundation en su función de gerente del Programa Antártico de los
Estados Unidos, el programa nacional de investigación en el continente más
austral.
"La capacidad de operar un
telescopio de 10 metros, literalmente en el extremo de la Tierra, es un
testimonio de las capacidades científicas de los investigadores que NSF apoya y
el sofisticado apoyo logístico que NSF y sus socios pueden brindar en una de
las Los entornos más duros en la Tierra ", dice Vladimir Papitashvili, Director del Programa de Ciencias de Astrofísica
y Geoespacio Antártico en la Oficina de Programas Polares de NSF. "Esta nueva cámara ampliará las
capacidades de un instrumento que ya es impresionante".
El
telescopio es operado por una colaboración de más de 80 científicos e
ingenieros de un grupo de universidades y laboratorios nacionales del
Departamento de Energía de EE. UU., Que incluye tres instituciones en el área
de Chicago. Estas organizaciones de investigación, la Universidad de
Chicago, el Laboratorio Nacional Argonne y el Laboratorio Nacional de
Aceleradores de Fermi, han trabajado juntas para construir una nueva cámara
ultrasensible para el telescopio, que contiene 16,000 detectores especialmente
fabricados.
"Construida con tecnología de
detección de vanguardia, esta nueva cámara avanzará significativamente en la
búsqueda de la firma de la inflación cósmica temprana en el fondo cósmico de
microondas y nos permitirá incursionar en otros misterios fundamentales del
universo, incluidas las masas de neutrinos y el naturaleza de la energía oscura
", dice Kathy Turner de la Oficina de Ciencia
del DOE.
"Imágenes del bebé" del cosmos
El CMB
es la luz más antigua de nuestro universo, producida en las secuelas
intensamente calientes del Big Bang incluso antes de la formación de
átomos.
Estas
partículas primordiales de luz, que han permanecido casi intactas durante casi
14 mil millones de años, proporcionan pistas únicas sobre cómo el universo miró
el principio de los tiempos y cómo ha cambiado desde entonces.
"Esta luz reliquia sigue siendo
increíblemente brillante, literalmente eclipsando a todas las estrellas que han
existido en la historia del universo en un orden de magnitud en la
energía", dice el profesor de la Universidad
de Chicago y científico Fermilab Bradford Benson, quien dirigió el esfuerzo
para construye esta nueva cámara.
Sin
embargo, debido a que la mayor parte de la energía está en la parte de
microondas del espectro, para observarla necesitamos usar detectores especiales
en los observatorios en lugares altos y secos. La estación del Polo Sur es
mejor que cualquier otro lugar en la Tierra para esto: se encuentra sobre una
capa de hielo de dos millas de espesor, y las temperaturas extremadamente bajas
en la Antártida significan que casi no hay vapor de agua atmosférico.
Los
científicos esperan sondear esta información para obtener información sobre
varios procesos físicos e incluso partículas nuevas.
"El fondo de microondas cósmico
es una fuente notablemente rica para la ciencia", dice Benson. "La
encuesta de la cámara de tercera generación puede darnos pistas, sobre todo,
desde la energía oscura a la física del Big Bang a la localización de los
cúmulos de galaxias más masivas en el universo".
Los
detalles de esta "imagen del bebé" del cosmos permitirán a los
científicos comprender mejor los diferentes tipos de materia y energía que
componen nuestro universo, como los neutrinos y la energía oscura. Incluso
pueden encontrar evidencia de las ondas gravitacionales desde el comienzo del
universo, considerado por muchos como la "pistola humeante" para la
teoría de la inflación. También sirve como una rica encuesta
astronómica; una de las cosas que buscarán son algunas de las primeras
galaxias masivas en el universo. Estas enormes galaxias son cada vez más
interesantes para los astrónomos como "granjas estelares", que forman
las primeras estrellas del universo, y dado que son casi invisibles para los
telescopios ópticos típicos, el Telescopio del Polo Sur es quizás la forma más
eficiente de encontrarlos.
La
colaboración del Telescopio del Polo Sur ha operado el telescopio desde su
construcción en 2007.
Las
subvenciones de múltiples fuentes -la National Science Foundation, el US
Department of Energy y las fundaciones Kavli y Moore- respaldaron una cámara
polarizadora de segunda generación.
El
último plano focal de tercera generación contiene 10 veces más detectores que
el experimento anterior, lo que requiere nuevas ideas y soluciones en
materiales y nanociencia.
"Desde una perspectiva
tecnológica, prácticamente no hay nada que salga de la caja", dice Clarence Chang, profesor asistente de la Universidad de Chicago y
físico de Argonne involucrado en el experimento.
La Aurora Australis sobre el Telescopio South Pole. Foto: Robert
Schwarz
Para
el Telescopio del Polo Sur, los científicos necesitaban equipos mucho más
sensibles que cualquier cosa fabricada comercialmente. Tuvieron que
desarrollar sus propios detectores, que usan materiales especiales para
detectar pequeños cambios de temperatura cuando absorben la luz. Estos
detectores personalizados fueron desarrollados y fabricados desde cero en
habitaciones ultra limpias en Argonne.
Los
detectores fueron a Fermilab para ser ensamblados en módulos, que incluían
lentes pequeñas para cada píxel fabricados en la Universidad de Illinois en
Urbana-Champaign. Después de someterse a pruebas en múltiples
universidades colaboradoras de todo el país, los detectores regresaron a
Fermilab para integrarse en el criostato de cámara del telescopio South Pole,
diseñado por Benson. La cámara se ve como una cámara óptica de 8 pies de
altura y 1.134 kilos (2.500 libras) con un teleobjetivo en la parte delantera,
pero con la complicación adicional de que las lentes deben enfriarse a solo
unos pocos grados por encima del cero absoluto. (Incluso la Antártida no
está tan fría, por lo que necesita este criostato especial para enfriarlo aún
más).
Finalmente,
la nueva cámara estaba lista para su viaje de 10,000 millas a la Antártida por
tierra, aire y mar.
En el
tramo final, desde la estación McMurdo de NSF hasta el Polo Sur, voló a bordo de
un avión de carga LC130 especializado equipado con esquís para poder aterrizar
en la nieve cerca del sitio del telescopio, ya que la estación se encuentra
encima de una capa de hielo.
Los
componentes fueron cuidadosamente descargados y un equipo de más de 30
científicos corrieron para volver a montar la cámara durante el breve verano
antártico de tres meses, ya que no se puede acceder al Polo Sur la mayor parte
del año debido a las temperaturas que pueden bajar hasta menos 100 grados
Fahrenheit.
La
campaña de observación multianual del Telescopio del Polo Sur reúne a
investigadores de América del Norte, Europa y Australia.
Con la
actualización de los datos del telescopio, la exploración de la radiación
cósmica de fondo de microondas entra en una nueva era con una poderosa
colaboración y un instrumento extremadamente sensible.
"El estudio del CMB involucra
muchos tipos diferentes de viajes científicos", dice Chang. "Es
emocionante ver los esfuerzos de todos lados para impulsar las fronteras de lo
que sabemos".
Fuente de la compilación: Symmetry / Fermilab /
Traducción libre de Soca
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