Los resultados Planck 2014 publicados en Ferrara (Parte 1)

Por Francisco R. Villatoro, el 16 diciembre, 2014. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Planck • Science ✎ 3

Dibujo20141216 planck 2014 - ferrara - Background image

Dos conferencias científicas este mes de diciembre de 2014 tienen como objetivo discutir los nuevos resultados del telescopio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea. La conferencia Planck 2014 se ha celebrado entre el 1 y el 5 de diciembre en Ferrara, Italia, y la conferencia The Primordial Universe After Planck, se está celebrando del 15 al 19 de diciembre de 2014, en París, Francia. La fecha oficial de publicación de los Planck Results 2014 se ha retrasado hasta el 22 de diciembre de 2014. Según la web de la misión Planck parte de los resultados serán retrasados hasta principios de 2015.

Ya están disponibles muchas de las transparencias de la conferencia Planck 2014 en Ferrara. Se han discutido resultados preliminares. Se anunció que podríamos disfrutar de las charlas vía streaming, pero al final fue anulado sin previo aviso. Sin wifi en la sala de conferencias los resultados comunicados vía Twitter fueron parcos. Ahora que dispongo de algunas de las transparencias, permíteme un repaso de dichos resultados.

Dibujo20141215 planck collaboration - timeline 1992 - 2015 - planck - esa

Dibujo20141215 2014 release planck full mission - timeline 2013 - 2014 - planck - esa

Nos resume la historia de la misión Planck M. Bersanelli, “The Planck mission,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides]. Los proyectos COBRAS (LFI) y SAMBA (HFI) se combinaron en el telescopio espacial Planck (LFI+HFI), misión que fue lanzada en 2009. Los bolómetros HFI funcionan a una temperatura de 100 mK gracias a un sistema criogénico basado en helio (que se gasta en el proceso); por ello han tomado cuatro mapas completos del cielo SS1-SS4 durante dos años. Los bolómetros LFI pueden funcionar con una temperatura mayor (20 K), que alcanzan gracias a un sistema criogénico de hidrógeno (que se gasta más lentamente); por ello han tomado 8 mapas del cielo SS1-SS8 durante cuatro años. Los resultados que se publican como Planck Results 2014 corresponden al análisis de todos estos mapas del cielo en todos los bolómetros (nueve mapas del cielo completo a nueve frecuencias 30, 40, 70, 100, 143, 217, 353, 545 y 857 GHz).

Dibujo20141215 planck tt specturm 2013 vs 2014 - planck - esa

El espectro de las anisotropías es la manera más sencilla de resumir los resultados de Planck. Como muestra esta figura no hay grandes diferencias entre el espectro de 2013 y el 2014, salvo que el nuevo se parece más al del telescopio espacial WMAP de la NASA. La razón es que se entienden mejor los errores sistemáticos en los datos de Planck; entender el funcionamiento detallado de los detectores es fundamental para interpretar sus resultados de forma correcta.

Recuerda que los resultados de Planck son mucho más precisos que los de WMAP o los de COBE, pero, siempre, para interpretar nuevos resultados hay que tener presentes todo lo que se conoce hasta el momento. COBE, WMAP y Planck tienen una resolución angular de 7°, 0,22°, y 0,08°, resp., una sensibilidad (a 90 GHz) de 420 μK, 16 μK, y 1 μK, resp., y han estudiado el cielo a las frecuencias entre 31,5–90 GHz (3 mapas), 22–90 GHz (5 mapas), y 30–857 GHz (9 mapas), resp. Como nos recuerda Aniello Mennella, “Understanding the uncertanties in the Planck data,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides].

Dibujo20141216 north vs south poles - 70 vs 100 GHz maps - preliminary - planck - esa

Nos habla de la consistencia de los datos C. R. Lawrence, “Consistency of the Planck Data,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides]. Que presenta figuras tan interesantes como esta comparación de los mapas de intensidad de la radiación a 70 y 100 GHz, así como su diferencia, para el polo norte (figuras de arriba) y el polo sur (abajo). Salvo en el plano galáctico la diferencia es muy pequeña, lo que permite extraer un mapa de la intensidad del fondo cósmico de microondas de gran calidad.

Dibujo20141216 Power asymmetry in Planck results 2014 - planck - esa

Esta figura muestra el mal llamado “eje del mal” (o a veces “eje del diablo”), que las anisotropías térmicas en el polo sur galáctico sean mayores (en media) que en el polo norte galáctico. Observado por WMAP y Planck 2013, se mantiene en los datos de Planck 2014. Una anomalía dipolar (multipolo ℓ=2) que tiene entre 2 y 3 sigmas de confianza estadística (dependiendo del parámetro que se analice). No se sabe su causa, aunque todo apunta a una fluctuación estadística sin más. Se han publicado más de 200 artículos teóricos con posibles explicaciones. Lo que sabemos es que no es debido a que el modelo del universo sea de la clase Bianchi VIIh, como descartan los análisis específicos que nos presenta Gianluca Polenta, “Large-scale anomalies with Planck,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides].

Más aún, Polenta nos comenta, aunque no presenta detalles, que el “eje del mal” no se observa en los mapas de la polarización del fondo cósmico de microondas. Una anomalía de este tipo debería aparecer tanto en los mapas de intensidad (I) como de polarización (Q y U). Su ausencia en estos últimos, en mi opinión, es una clara señal que estamos ante una anomalía de origen estadístico. Por supuesto, habrá que esperar a que se publiquen estos mapas y sean analizados de forma independiente por los físicos y cosmólogos interesados en que se observe (aunque sea sutilmente) el “eje del mal” en ellos.

Dibujo20141216 BB modes - null hypothesis - preliminary - planck - esa

Supongo que te preguntarás si se han observado modos B en los mapas de polarización de Planck. En Ferrara sólo se han publicado los mapas a 30, 44 y 70 GHz. Ninguno de ellos muestra modos B, como muestran estas figuras del espectro BB observado comparado con las expectativas teóricas para la hipótesis nula. Por supuesto, los mapas más interesantes (donde se debería ocultar la señal observada por BICEP2), los mapas a 100, 143 y 217 GHz, todavía no se han publicado. En ellos se podría esconder la señal más esperada por todos. Estas figuras están extraídas de la charla de Aniello Mennella, “Understanding the uncertanties in the Planck data,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides].

Dibujo20141216 cold spot - gaussianity analysis - preliminary - planck - esa

Otra anomalía que no ha desaparecido es la “mancha fría” en la región del polo sur galáctico, que fue observada por primera vez por WMAP en 2004. Para entender su origen hay que analizar sus propiedades estadísticas y compararlas con las predicciones teóricas (fluctuaciones con espectro gaussiano). Como muestran estas figuras, su media es anómala, pero su varianza, asimetría y curtosis son compatibles con una fluctuación gaussiana. En mi opinión todo apunta a una fluctuación estadística, pero no podemos descartar que haya física oculta en esta anomalía, como le gustaría a Enrique Martínez-González, “Planck isotropy and statistics,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides].

Dibujo20141216 lensing spectra - preliminary - planck - esa

Para el estudio de los mapas de polarización de la radiación, parámetros de Stokes Q y U, conviene usar los llamados modos E y B, que tienen un significado cosmológico más claro. Para el estudio de las anisotropías térmicas en la intensidad de la radiación se usa el espectro TT y para el estudio de las de la polarización los espectros TE, EE, TB, EB y BB. Recuerda que T hace referencia a la amplitud de la anisotropía térmica, E a la amplitud de los llamados modos E, y B a la de los modos B. En Ferrara no se ha mostrado el espectro BB, el más interesante para todos nosotros (si estamos interesados en BICEP2). Sólo se han mostrado los espectros TB y EB, que permiten estudiar los modos B espurios debidos al efecto de lente gravitatoria aplicado a los modos E. Los resultados son espectaculares, se ha detectado el efecto fuera de toda duda posible, a unas 40 sigmas (un número tan alto de sigmas no tiene mucho sentido, ni matemático, ni físico).

Dibujo20141216 cosmological parameters - preliminary - planck - esa

Esta tabla muestra la estimación provisional de los parámetros del modelo cosmológico de consenso obtenidos por Planck 2014. Hay que tener cuidado porque estos valores podrían variar ligeramente cuando se finalice el análisis de los mapas de polarización. No quiero en discutir en detalle estos parámetros, pues repito que cambiarán ligeramente cuando se publiquen los resultados definitivos. Aún así, no hay grandes sorpresas respecto a los resultados de Planck 2013. Ahora son resultados mucho más coherentes con los obtenidos por BAO (oscilaciones acústicas de bariones), supernovas SNe Ia, etc. Nos lo cuenta George Efstathiou, “Preliminary 2014 results from Planck,” Planck 2014, Ferrara, 01 Dec 2014 [PDF slides].

Dibujo20141216 curvature universe - preliminary - planck - esa

Quizás lo más destacable es la nueva medida de la curvatura del universo. Cero con una error de cinco partes por mil. Como bien sabrás es imposible saber si una medida experimental es exactamente cero. Siempre habrá cierto error. Pero esta figura es un resultado realmente espectacular que nos muestra Efstathiou en su charla.

No quiero alargar mucho más esta entrada. Prometo una segunda parte.



3 Comentarios

  1. Refuerzo experimental del Principio Cosmológico. Un nuevo estudio exhaustivo de los datos conjuntos de WMAP-Planck afirma que “”Incluyendo todos los grados de libertad de forma simultánea por primera vez, la hipótesis de expansión anisótropa del Universo resulta fuertemente desfavorecida, con probabilidades de 121000 a 1 en contra” El estudio es del University College de Londres:
    https://arxiv.org/pdf/1605.07178v2.pdf
    Del “eje del mal”, nada de nada, una fluctuación estadística.
    Saludos.

Deja un comentario

Por Francisco R. Villatoro, publicado el 16 diciembre, 2014
Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Planck • Science
Etiqueta(s): , , , , , , ,