EL FONDO CÓSMICO DE MICROONDAS: De las fluctuaciones cuánticas al Universo actual

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11/15/2007 - 14:49

La XIX Escuela de Invierno del Instituto de Astrofísica de Canarias reúne a expertos en este campo actual de la Cosmología y de la Física Fundamental. El Centro de Congresos del Puerto de la Cruz, del Cabildo de Tenerife, albergará esta Escuela internacional del 19 al 30 de noviembre.

En 1964, los ingenieros Arno Penzias y Robert Wilson detectaron de forma casual una débil radiación que parecía provenir, con la misma intensidad, de todas las direcciones del Universo. Era la radiación del Fondo Cósmico de Microondas (CMB son sus siglas en inglés), un fósil del Big Bang, y sus descubridores recibieron por ello, en 1978, el Premio Nobel de Física.

En la década de los noventa, el satélite COBE encontró variaciones en la intensidad de esa radiación aparentemente homogénea y, en 2006, George Smoot y John Mather, responsables del instrumento, también recibieron el Premio Nobel de Física. A COBE le siguieron otros experimentos, como WMAP, y en 2008 se lanzará la misión Planck, de la Agencia Europea del Espacio, con el mismo objeto de estudio: el Fondo Cósmico de Microondas.

Se trata, por tanto, de un campo de gran interés no sólo para la Cosmología teórica y observacional, sino también para la Física Fundamental y de Partículas, y al cual el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), con experiencia e instrumentación relacionada, ha decidido dedicar su XIX Canary Islands Winter School of Astrophysics. El título de esta Escuela: “The Cosmic Microwave Background: from quantum fluctuations to the present Universe” (El Fondo Cósmico de Microondas: de las fluctuaciones cuánticas al Universo actual)

Esta Escuela de Invierno de Astrofísica tendrá lugar durante dos semanas, del 19 al 30 de noviembre, en el Centro de Congresos del Puerto de la Cruz, del Cabildo de Tenerife. En esta edición, los cursos serán impartidos por nueve profesores expertos en distintos aspectos relacionados con el Fondo Cósmico de Microondas. Participarán 40 alumnos de una docena de países que actualmente preparan su tesis doctoral, o la han terminado recientemente, sobre un tema relacionado con el de la Escuela.

Los cursos se completarán con las visitas al Instituto de Astrofísica, en La Laguna (jueves 29 de noviembre), al Observatorio del Teide, en Tenerife (martes 20), y al Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma (miércoles 28).

El jueves 29 de noviembre, a las 19:00 h, uno de los profesores invitados, Malcolm Longair, dará una conferencia de divulgación en el Museo sobre “La Astrofísica y la Cosmología del siglo XXI”.

El fósil del Big Bang

La radiación del Fondo Cósmico de Microondas es una prueba fósil de la existencia del Big Bang. Dicha radiación nos proporciona una imagen de cómo era el Universo cuando contaba con tan sólo unos 300.000 años de edad, mucho antes del nacimiento de las primeras estrellas. De ahí su interés científico. “Cuando medimos con gran precisión la temperatura de esa radiación en distintas direcciones en el cielo, encontramos pequeñas diferencias, denominadas ‘anisotropías’, que son del orden de la millonésima de grado. A pesar de su pequeña magnitud, estas diferencias tienen una enorme importancia, ya que sus propiedades estadísticas están íntimamente ligadas a las propiedades globales de nuestro Universo”, explica Rafael Rebolo, Profesor de Investigación del CSIC, investigador del IAC y uno de los organizadores de esta Escuela de Invierno. Y añade: “Según nuestra comprensión actual, las anisotropías que detectamos son causadas por pequeñas variaciones en la densidad de la materia del Universo en su épocas más primitivas y constituyen las semillas que van a dar lugar, por evolución gravitatoria, a la formación de las grandes estructuras que observamos hoy día: galaxias, cúmulos y supercúmulos de galaxias.”

La existencia de la radiación del Fondo Cósmico de Microondas es una prueba evidente de evolución cósmica y de que nuestro Universo ha pasado en algún momento previo de su historia por una fase muy “caliente” en la que materia y radiación estaban estrechamente ligadas. “Tras la llamada ‘fase inflacionaria’, en la que todo el Universo se expandió de forma acelerada –señala José Alberto Rubiño, investigador del IAC y otro de los organizadores de la Escuela-, el Universo pasó a crecer de una forma más moderada y ese ritmo de crecimiento se ha mantenido hasta una época muy reciente. Hay evidencias cada vez más importantes de que cuando el Universo alcanza una edad del orden de la mitad de la actual, empieza a acelerar de nuevo su ritmo de expansión. El responsable de dicha aceleración es lo que se denomina ‘energía oscura’, uno de los temas más intrigantes de la Cosmología actual.”

“Aunque lo verdaderamente fascinante –subraya Rubiño- es que, durante la inflación, las pequeñas fluctuaciones cuánticas que ocurrían en escalas microscópicas se constituyen como las semillas de las estructuras que vemos hoy en día en nuestro Universo a gran escala. En este sentido, es lícito decir que los experimentos que miden la radiación del Fondo Cósmico de Microondas son experimentos de ‘mecánica cuántica’ a escala cósmica, pues están estudiando las propiedades de unas semillas que se generaron en escalas atómicas o incluso subatómicas”.

Pero si bien el estudio de la radiación del Fondo Cósmico de Microondas ha avanzado espectacularmente en los últimos años y, como advierten los organizadores de esta Escuela, “hemos entrado en lo que se conoce como la era de la ‘cosmología de precisión’, en la que los nuevos experimentos proporcionan medidas con unos niveles que hace 40 años eran impensables”, también han surgido algunas “anomalías” y nuevos enigmas, como la naturaleza de la energía oscura. Todas estas cuestiones así como la nueva instrumentación presente y futura, tanto en tierra como en el espacio, que está prevista para su estudio y en la que participará activamente el IAC, serán discutidas durante las dos semanas de esta Winter School.

Cursos y Profesores de la Escuela de Invierno:

The Inflationary Universe (El Universo Inflacionario).

Sabino Matarrese, Universita' di Padova, Italia

Theory of primordial CMB anisotropies: temperature and polarization

(Teoría de las anisotropías primordiales del CMB: temperatura y polarización).

Wayne Hu,University of Chicago, USA

CMB observations and cosmological constraints.

(Observaciones y restricciones cosmológicas del CMB)

Bruce Partridge, Haverford College, EEUU

CMB fluctuations in the post-recombination Universe.

(Fluctuaciones del CMB en el Universo post-recombinación)

Matthias Bartelmann, ITA, Heidelberg, Alemania