Planck 2013 (XXIX): El catálogo de Planck de fuentes del efecto Sunyaev-Zel’dovich

dibujo20130619-shapley-super-cluster-as-seen-in-the-planck-survey1

El fondo cósmico de microondas (CMB) presenta regiones con un corrimiento al azul debidas al efecto Sunyaev–Zel’dovich (SZ) resultado del efecto Compton inverso, la interacción de los fotones de baja energía del CMB con los electrones de alta energía de un cúmulo galáctico. Gracias a ello, el telescopio espacial Planck de la ESA, tras 15,5 meses de observación, ha publicado un catálogo de 1227 candidatos a cúmulos y supercúmulos galácticos, llamado ESZ (Planck Early SZ). Entre ellos están confirmados 861, de los 683 ya eran conocidos y 178 han sido descubiertos por Planck. Los restantes 366 son candidatos y aún requieren confirmación independiente. En esta imagen se muestra el supercúmulo Shapley, formado por varios cúmulos galácticos, uno de los más bellos (sobre todo cuando uno imagina lo inmenso que es lo que se está viendo). Los interesados en los detalles técnicos pueden consultar el artículo Planck Collaboration, “Planck 2013 results. XXIX. Planck catalogue of Sunyaev-Zeldovich sources,” arXiv:1303.5089, 20 Mar 2013. Lo sé, lo sé, los resultados de Planck ya fueron noticia en su momento, pero estoy releyendo los artículos técnicos y habrá una serie de entradas en este blog sobre ellos.

Dibujo20130619 1227 planck clusters and candidates in mollweide projection - with galactic mask

Los supercúmulos y cúmulos galácticos son grandes estructuras del universo cuyo número y densidad depende de los parámetros del modelo cosmológico estándar. Su observación con el telescopio espacial Planck se ha basado en los mapas obtenidos por sus seis bolómetros de mayor frecuencia, entre 100 y 857 GHz. Fundamental ha sido el uso del catálogo de fuentes compactas (PCCS, por Planck Catalogue of Compact Sources) para determinar una máscara que elimine de los análisis las fuentes de primer plano que se comportan como errores sistemáticos en los análisis del efecto SZ. Además, se ha utilizado una máscara para eliminar la contribución de nuestra galaxia que ocupa el 16.3% del cielo, es decir, se han buscado las fuentes SZ en el 83,7% restante del CMB.

Dibujo20130619 Ophiuchus cluster not included in PSZ catalogue since it is in the Galactic mask

Hay 25 cúmulos galácticos ya conocidos que han sido identificados pero que no se incluyen en el catálogo oficial PSZ porque se encuentran total o parcialmente en la región de la máscara utilizada, tanto galáctica (como en el caso del cúmulo de Ofiuco que ilustro con esta figura) como de fuentes puntuales (catálogo PS). Podría parecer que la señal observada por Planck para el cúmulo de Ofiuco (parte derecha de la imagen en azul) es tan clara como la observada para el cúmulo de Shapley (la imagen que abre esta entrada), pero no debemos engañarnos, en el caso de Ofiuco la relación señal/ruido (o sea, CMB/galaxia) es pésima y la contribución galáctica es dominante. Gran parte de la señal observada es debida al algoritmo de reconstrucción del CMB en las regiones en las que no es observable de forma directa por estar oculto por nuestra galaxia.

Me gustaría destacar este punto. El CMB está parcialmente oculto detrás de los objetos de primer plano (nuestra galaxia y otras fuentes puntuales) y hay que utilizar máscaras para separar lo oculto y lo visible. En la colaboración Planck se han utilizado un amplio repertorio de máscaras en función de la propiedad del CMB que se quiere destacar. Muchas veces las máscaras no se muestran de forma explícita, lo que puede engañar a los incautos (en especial, en artículos divulgativos dirigidos a un público no experto). Por supuesto, utilizando la información de polarización, que se publicará el año que viene, se puede separar mejor el CMB de la contribución de primer plano (sobre todo en la región ocupada por la máscara galáctica), pero de forma oficial en los datos publicados en 2013 no se ha utilizado dicha información. Por ello, la máscara que se utilice es clave en la calidad de los resultados y todo análisis riguroso de los mismos debe tener esto muy presente. En próximas entradas volveré a destacar este punto.

Recomiendo ver la charla de Dick Bond (Univ. of Toronto), “Sunyaev- Zeldovich: Theory in the light of Planck, ACT and SPT,” KITP COnference: Observations and Theoretical Challenges in Primordial Cosmology, Apr 25, 2013 [video+audio; slides].

8 Comentarios

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Antonio Alfonso FausAntonio Alfonso Faus

Francis: La parte gaseosa-azulada donde parecen estar inmersas las galaxias, ¿con qué “seguridad” se sabe o se supone que sea materia oscura? Gracias.

ArtemioArtemio

Francis, agradezco tu objetivo divulgador de este asunto, te leeremos con fruición. Por el momento trazas un cuadro realista de la cuestión al introducir el significado físico de máscara, el cual admite (simplificando mucho la cosa) una descripción localista del universo respecto del observador terrestre. Tal como dices, queda por ver los resultados de la polarización que se publicarán el año que viene y que puede separar mejor el CMB de la contribución de primer plano (sobre todo en la región ocupada por la máscara galáctica). Al menos sabemos que la teoría inflacionaria se cumple en el universo cercano, pero en mi opinión esto no demuestra que el CMB es la prueba del origen del universo, hay mucho tiempo y espacio de por medio y algunas máscaras por desvelar. No pretendo defender el principio antrópico, pero sí parece cierto que lo que entendemos por vida inteligente requiere ciertos parámetros físicos, la isotropía del CMB es uno de ellos, pero hay que tener cuidado con postular a partir de ahí que la génesis del cosmos está clara desde el plano local del observador terrestre. Queda mucho por descubrir.

RamiroRamiro

Muchas gracias Francis, Voy a estar esperando las nuevas entradas con mucho entusiasmo.

planck

Sin duda el satélite que lleva mi nombre :D va a ser uno de los instrumentos científicos más valiosos de las últimas décadas. La gran duda es el grado de sensibilidad que alcanzarán las medidas que se publicarán el año que viene, la medición detallada de la polarización del CMB exige una precisión sin precedentes y sin duda será una tarea muy dura. Sin embargo, el premio será un logro inmenso para la ciencia: en los detalles de la polarización están “impresos” muchos de los detalles del comienzo de nuestro Universo, podremos medir el efecto de las ondas gravitatorias primordiales sobre los fotones del CMB, podremos conocer los detalles de la inflación cósmica: su duración, la energía y la forma del potencial del campo escalar que la produjo, etc, etc. Es increíble lo que el hombre puede llegar a conseguir cuando se unen esfuerzos con el único proposito de tratar de descubrir como es el mundo que habitamos: un grupo de científicos consigue situar en el punto L2 un telescopio cuyos detectores funcionan a -273º C y con sus datos, la física y las matemáticas consiguen descubrir los detalles de lo que sucedió ¡ hace casi 14000 millones de años !
La cosmología y la física de partículas están actualmente muy unidas, sería increíble que Planck antes que el LHC descubriese indicios claros de nueva física: si el campo inflatón no puede ser el Higgs entonces debe ser un campo escalar aún no detectado (o algo más exótico), Planck nos dirá las características de este nuevo campo escalar, quizás los físicos puedan utilizar estos datos para buscar la vibración de este campo en el LHC…
La física fundamental y la cosmología están necesitadas de nuevos avances, este inmenso atasco en el que están sumidas dura ya demasiadas décadas.

emulenewsemulenews

Planck, observar características del campo inflatón en el LHC es imposible. Pensar que la física a 0.1-5 TeV nos permitirá entender la física a unos 10^15 TeV es muy descabellado (a la vista de la historia de la física en los últimos siglos). Por supuesto, hay quienes creen que se podrá hacer, pero sus aportes son especulativos en sumo extremo.

RamiroRamiro

Estoy de acuerdo con Planck. Es increíble estar viviendo esta época, es un momento extraordinario para la Física teórica. Tener la certeza de la ocurrencia de un evento de hace 14000 millones de años es alucinante.

Por cierto a mi aún no me queda claro del todo que mediciones pueden ayudar a determinar la naturaleza del campo inflatón.

emulenewsemulenews

Ramiro, supongo que por la “naturaleza del campo inflatón” te refieres al potencial (no a que sea una partícula escalar fundamental o compuesta); los datos de polarización del CMB que publicará Planck en 2014 y la versión definitiva que será publicada en 2015 seguramente sesgarán mucho los modelos para los potenciales del campo inflatón y ayudarán a podar muchas alternativas, pero muchas otras permanecerán.

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