El Universo segn PlanckCOLECCION ARTICULOS DE DIVULGACIN CIENTFICA 07/2010

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Hace poco ms de un ao fue lanzado al espacio el satlite Planck, bautizado as en honor del clebre fsico alemn Max Planck, padre fundador de la mecnica cuntica. Solitario y ajeno a los bulliciosos eventos terrestres, Planck orbita la Tierra una vez por ao, abocado a observar el cosmos a travs de dos sensores diseados para captar microondas, las seales de luz ms abundantes en el universo. La bella imagen inferior, difundida recientemente por la Agencia Espacial Europea, corresponde a la primera fotografa completada desde que el satlite inici su misin. En ella se puede apreciar, descansando a lo largo del horizonte, a nuestra galaxia, la Va Lctea,

desde donde emergen caticas bocanadas de gas y polvo interestelar en tonos azules y violetas brillantes (los colores asignados no corresponden realmente al color observado por los sensores, sino que indican la

temperatura observada en las distintas orientaciones donde se mide).

El paisaje se torna menos llamativo, sin embargo, al enfocar nuestra mirada hacia las regiones rojizas ms oscuras que conforman el teln de fondo para nuestra galaxia. Aunque resulte paradjico, el objetivo de Planck es precisamente atrapar los fotones (unidades portadoras de luz) provenientes de estas regiones, pues estas partculas forman parte, ni ms ni menos, de la primera luz que existi en el universo, generada mucho antes que existiesen las primeras estrellas y galaxias. Conocido por cosmlogos y cosmlogas como el Fondo de Radiacin Csmica, este bao de luz imperceptible al ojo humano inunda por completo a nuestro universo y su estudio se ha vuelto la principal herramienta para develar los secretos del origen del cosmos.

En trminos simples, podra decirse que el Fondo de Radiacin Csmica es un fsil luminoso del universo primitivo. Su existencia es evidencia de que el universo fue muy pequeo y caliente en el pasado, dando paso al paradigma del Big-Bang (o el gran estallido), de acuerdo al cual el espacio y el tiempo habran emergido de una gran explosin inicial. La opinin de la comunidad cientfica actual es que esta radiacin fue producida unos pocos instantes despus del Big-Bang, cuando el universo tena tan slo 380.000 aos de edad, un estado evolutivo apenas en ciernes comparado con el maduro universo actual de

Gonzalo PalmaProfesor Asistente, Departamento de Fsica, FCFM, Universidad de Chilehttp://www.dfi.uchile.cl/index.php/academicos/perfil/25.html

Bautizado en honor del padre fundador de la mecnica cuntica, el fsico alemn Max Planck, un solitario satlite orbita la Tierra una vez al ao para observar la luz proveniente de las zonas ms oscuras del universo. Estas partculas de luz, que forman parte del primer resplandor que existi en el cosmos, integran lo que hoy se conoce como Fondo de Radiacin Csmica: un bao de luz imperceptible al ojo humano y cuyo estudio aparece hoy como la principal herramienta para develar el origen del Universo.

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14.000 millones de aos. Si por un momento imaginramos que el universo de hoy tiene 24 horas de existencia, comprobaramos que esta luz fue generada apenas dos segundos desde el surgimiento del cosmos. Desde entonces, los fotones del fondo han viajado sin obstculos hasta encontrarse con nosotros, meros espectadores de la sinfona csmica.

Si bien la luz del Fondo de Radiacin Csmica es imperceptible a simple vista, resulta tan abundante que, sin saberlo, observamos diariamente sus efectos: por ejemplo, 1% del ruido exhibido por un televisor mal sintonizado se debe al bombardeo constante de la radiacin del fondo. Algo enigmtico sobre este fondo es que se aprecia prcticamente igual en todas las direcciones en las que lo observemos. Esto es compatible con el llamado principio cosmolgico, de acuerdo al cual no hay ningn lugar privilegiado en el universo y, por lo tanto, ste debiera verse idntico en cualquier direccin en la que miremos.

Aun as, existen diferencias muy pequeas en la energa acarreada por fotones provenientes de distintas direcciones del cielo. Por ejemplo, si se observa con atencin la imagen anterior, se apreciar pequeas manchas amarillas y rojas en las zonas ms oscuras, aquellas alejadas del horizonte. Estas manchas revelan que nuestro universo primitivo fue levemente ms caliente en algunas zonas y ms fro en otras. La imagen que se muestra a continuacin ofrece una simulacin de lo que se espera obtener a partir de la imagen anterior, una vez sustrada la presencia de la Va Lctea: una suerte de carta sinptica de temperaturas de nuestro universo cuando apenas tena 380.000 aos de edad.

Quizs lo ms fascinante acerca de estas pequeas anisotropas (diferencias de acuerdo a la direccin en la que miramos), es que su presencia es consistente con un periodo previo al Big-Bang y en el cual el universo habra sufrido una expansin acelerada a un

ritmo extraordinario. A esta poca hipottica se le conoce como el periodo de Inflacin Csmica y representa una de las ideas ms provocativas de la ciencia contempornea porque, de ser cierta, nuestro universo sera tan slo una pequea mota de polvo en

un basto meta-universo habitado por una cantidad innumerable de otros universos hermanos, algunos de ellos similares al nuestro y muchos otros con caractersticas enteramente distintas. Estos universos hermanos, sin embargo, estn desconectados del nuestro.

La idea de Inflacin Csmica ofrece un terreno frtil para pensar y explorar los aspectos ms enigmticos de las leyes fundamentales de nuestra naturaleza. En efecto, durante el periodo de Inflacin, lo ms grande y lo ms pequeo coexistieron en forma simultnea, de tal modo que la naturaleza cuntica de las leyes de la fsica se manifest en toda la extensin del universo. Aunque muy difcil de comprender -incluso para aquellos y aquellas que dedican su vida a estudiar estas materias- no sera incorrecto afirmar que todas las estructuras que apreciamos hoy, como planetas, estrellas, galaxias, cmulos, e incluso nosotros, deben su origen a pequeas fluctuaciones cunticas llevados a cabo antes del Big-Bang, precisamente durante el periodo de Inflacin Csmica.

SABIAS QUESabas que la mayor parte del Universo est constituida por cosas que ignoramos? Slo un 5% del contenido del cosmos est formado por materia conocida, como los tomos de los cuales estamos hechos. Del 95% restante se sabe poco o nada, excepto que un 23% lo constituye materia oscura (as es, materia invisible a la vista!) y un 72% lo forma energa oscura (a la que se le atribuye la expansin acelerada del universo). Al costado, la imagen del "cmulo de la bala" cuyo anlisis ha contribuido enormemente al entendimiento de la naturaleza de la materia oscura.

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Si bien an no existe un marco terico completo para estudiar Inflacin Csmica, existen una serie de propuestas -algunas ms consistentes que otras- para entender la naturaleza del universo previo a la gran explosin. Una de ellas es Teora de Cuerdas, que propone que todo lo que percibimos en forma de fuerzas y materia constituyen vibraciones de objetos elementales llamados cuerdas. Si bien es cierto que las teoras que intentan dar un fundamento al periodo de Inflacin son an muy especulativas, este fenmeno tiene la virtud de proveer predicciones muy concretas. Por ejemplo, ciertas teoras predicen que debera haber manchas amarillas levemente ms grandes que las rojas, mientras que otras consignan precisamente lo contrario. Esto es significativo ya que la observacin de los cielos bien podra validar o echar por tierra las descabelladas ideas de los fsicos tericos, acostumbrados a divagar sin lmites sobre nuestra naturaleza. De este modo, Planck no slo nos regala fotografas hermosas, tambin nos hace reflexionar sobre nuestro lugar en la naturaleza, que es justamente una de las principales labores de la ciencia.

Es pertinente mencionar que el satlite no est solo en esta empresa, ya que una variedad de otros experimentos complementarios tambin se estn llevando a cabo. Sin ir muy lejos, en Chile existe un puado de observatorios tambin dedicados a la contemplacin del fondo, tales cmo CBI, ACT y QUEST, mientras que otros tantos estn en avanzada etapa de planificacin. Y es que en Chile el nmero de cientficos dedicados a las ciencias cosmolgicas est creciendo rpidamente, posiblemente debido a la buena base con la que el pas cuenta en disciplinas afines, tales cmo Astronoma, Gravitacin y Fsica de Partculas. En consecuencia, estamos ad portas de

una poca dorada de la Cosmologa, dado que los grandes avances recientes -tanto tericos como experimentales- auguran un fascinante futuro para las ciencias cosmolgicas durante las prximas dcadas.

Del autorGONZALO PALMA

Profesor asistente del DFI.Licenciado en Fsica de la Universidad de Chile, Magster en Fsica de la Universidad Catlica de Chile y Doctor en

Fsica de la Universidad de Cambridge, UK.Su reas de especialidad son la cosmologa, gravitacin y fsica de partculas.

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