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Radiación de fondu de microondes

La radiación de fondu de microondes (inglés: cosmic microwave background o CMB) ye una forma de radiación electromagnético afayada en 1965 qu'enllena'l universu por completu. Tamién se denomina radiación cósmico de microondes, radiación cósmico de fondu o radiación del fondu cósmicu.

Radiación de fondu de microondes
onda electromagnética y fenómenu astronómicu
radiación de fondo cósmico (es) Traducir y radiación térmica (es) Traducir
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Tien carauterístiques de radiación de cuerpu negru a una temperatura de 2,725 K y la so frecuencia pertenez al rangu de les microondes con una frecuencia de 160,2 GHz, correspondiéndose con una llonxitú d'onda de 1,9 mm. Munchos cosmólogos consideren esta radiación como la prueba principal del modelu cosmolóxicu del Big Bang.[ensin referencies]

Magar que comúnmente afírmase que ye'l "ecu" del Big Bang esto nun ye ciertu, yá que el Big Bang asocedió 400.000 años primero que los eventos rexistraos.

Carauterístiques

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L'espectru de la radiación de fondu de microondes midíu pol preséu FIRAS nel satélite COBE ye l'espectru de cuerpu negru midíu con más precisión na naturaleza. Les variables y l'error estándar tán despintaos pola curva teórica.

La radiación de fondu de microondes ye isótropa hasta una parte ente 10⁵: les variaciones del valor eficaz son namái 18 µK.[1] L'espectrofotómetro FIRAS (n'inglés The Far-Infrared Absolute Spectrophotometer) nel satélite COBE de la NASA midió curioso l'espectru de la radiación de fondu del microondes. El FIRAS comparó'l CMB con un cuerpu negru de referencia y non pudo vese nenguna diferencia nos sos espectros. Cualquier esviación del cuerpu negru que pudiera siguir tando ensin detectar nel espectru del CMB sobre'l rangu de llonxitúes d'onda dende 0,5 a 5 mm tendría que tener un valor d'unes 50 partes per millón del picu de rellumu del CMB.[2] Esto fixo del espectru del CMB el cuerpu negru midíu de manera más precisa na naturaleza.

Esta radiación ye una predicción del modelu del Big Bang, yá que según esti modelu, l'universu primixeniu yera un plasma compuestu principalmente por electrones, fotones y bariones (protones y neutrones). Los fotones taben constantemente interactuando col plasma por aciu la dispersión Thomson. Los electrones non podíen xunise a los protones y otros nucleos atómicos pa formar átomos porque la enerxía media de dichu plasma yera bien alta, polo que los electrones interactuaben constantemente colos fotones por aciu el procesu conocíu como dispersión Compton. A midida que l'universu foise espandiendo, l'enfriamientu adiabático (del que'l fana en candia cosmolóxicu ye un síntoma actual) causó que'l plasma esfrecer hasta que foi posible que los electrones combinar colos protones y formaren átomos d'hidróxenu. Esto asocedió cuando esti algamó los 3000 K, unos 380 000 años dempués del Big Bang. A partir d'esi momentu, los fotones pudieron viaxar llibremente al traviés del espaciu ensin raspiar(ensin llegar a xunise) colos electrones esvalixaos. Esti fenómenu ye conocíu como yera de la recombinación; la radiación de fondu de microondes ye precisamente la resultancia d'esi periodu. Al dise espandiendo l'universu, esta radiación tamién foi menguando la so temperatura, lo cual esplica por qué anguaño ye namái d'unos 2.7 K. La radiación de fondu ye'l ruiu que fai l'universu. Los fotones siguieron esfreciéndose de magar, anguaño cayeron a 2.725 K y la so temperatura va siguir cayendo según espándase l'Universu. De la mesma manera, la radiación del cielu que midimos vien d'una superficie esférica, llamada superficie de la última dispersión, na que los fotones que se descompunxeron na interacción con materia nel Universu primixeniu, fai 13.700 millones d'años, tán reparándose anguaño na Tierra. El Big Bang suxer que'l fondu de radiación cósmico rellena tol espaciu observable y que gran parte de la radiación nel Universu ta nel CMB, que tien una fracción d'aproximao 5·10-5 de la densidá total del Universu.[3]

Dos de los grandes ésitos de la teoría del Big Bang son les sos predicciones d'esti espectru de cuerpu negru casi perfectu y la so predicción detallada de les anisotropíes no fondero cósmicu de microondes. El recién WMAP midió precisamente estes anisotropías sobre'l cielu por completu a escales angulares de 0,2°.[4] Estes puédense utilizar pa envalorar los parámetros del Modelu Lambda-CDM estándar del Big Bang. Dalguna información, como la forma del Universu, puede llograse direutamente del CMB, mientres otros, como la constante de Hubble, nun tán acutaos y tienen que ser inferíos d'otres midíes.[5]

Historia

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Esta radiación foi predicha por George Gamow, Ralph Alpher y Robert Hermann en 1948. Ye más, Alpher y Herman pudieron envalorar que la temperatura del fondu de radiación de microondes yera 5 K, anque dos años dempués, la reestimaron en 2.8 K.[6] Anque había delles estimaciones previes de la temperatura del espaciu (ver cronoloxía), éstes sufrieron dos defectos. De primeres, fueron midíes de la temperatura efeutiva del espaciu y nun suxeren que l'espaciu foi rellenáu con un espectru de Planck térmicu. Y de segundes, son dependientes del nuesu llugar especial nel estremu de la Vía Láctea y nun suxeren que la radiación ye isótropa. Amás, produciría predicciones bien distintes si la Tierra tuviera alcontrada en cualquier llugar del Universu.[7]

Les resultancies de 1948 de Gamow y Alpher nun fueron llargamente aldericaos. Sicasí, fueron redescubiertos por Robert Dicke y Yakov Zel'dovich a principios de los Años 1960. La primer apreciación de la radiación del CMB como un fenómenu detectable apaeció nun curtiu artículu de los astrofísicos soviéticos A. G. Doroshkevich y Igor Dmitriyevich Novikov, na primavera de 1964.[8] En 1964, David Todd Wilkinson y Peter Roll, y los colegues de Dicke na Universidá de Princeton, empezaron a construyir un radiómetru de Dicke pa midir el fondu de radiación de microondes.[9] En 1965, Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson nos Llaboratorios Bell de Crawford Hill cerca de Holmdel Township (Nueva Jersey) construyeren un radiómetru Dicke qu'intentaron utilizar pa radioastronomía y esperimentos de comunicaciones per satélite. La so presea tenía un escesu de temperatura de ruiu de 3,5 K col qu'ellos nun cuntaben. Dempués de recibir una llamada telefónica de Crawford Hill, Dicke dixo la gracia: «Mozos, robáronnos».[10] Un alcuentru ente los grupos de Princeton y Crawford Hill determinó que la temperatura de l'antena foi inducida debíu al fondu de radiación de microondes. Penzias y Wilson recibieron el Premiu Nobel de Física de 1978 pol so descubrimientu.

La interpretación de la radiación de fondu de microondes foi una tema revesosa nos años 1960 ente los defensores de la Teoría del Estáu Estacionariu argumentando que'l fondu de microondes yera la resultancia de la lluz tremao de les estrelles procedente de les galaxes distantes. Utilizando esti modelu y basáu nel estudiu de l'absorción amenorgada de llinies que caracteriza l'espectru de les estrelles, l'astrónomu Andrew McKellar escribió en 1941: "Puede calculase que'l rotacional de temperatura del espaciu interestelar ye 2 K".[11] Sicasí, mientres los años 1970 el consensu foi que la radiación de fondu de microondes ye un remanente del Big Bang. Esto foi en gran parte porque les nueves midíes nun rangu de frecuencies demostraron que l'espectru yera un térmicu, cuerpu negru, un resultáu que'l modelu del estáu estacionariu nun podía reproducir.

Harrison, Peebles y Yu, y per otra parte Zel'dovich diéronse cuenta que l'Universu primixeniu tendría que tener inhomogeneidades nun nivel de 10-4 o 10−5.[12] Rashid Siunyáiev dempués calculó la buelga observable qu'estes inhomogeneidades tendríen no fondero de radiación de microondes.[13] Incrementalmente les llendes estrictes de la anisotropía del fondu de radiación de microondes fueron establecíos por esperimentos basaos na tierra, pero la anisotropía detectar por primer vegada pol Radiómetru de Microondes Diferencial nel satélite COBE.[14]

Inspiráu poles resultancies del COBE, una serie d'esperimentos en tierra o basaos en globos midieron les anisotropías del fondu de radiación de microondes en pequeñes escales angulares mientres la década siguiente. L'oxetivu primariu d'estos esperimentos foi midir la escala del primer picu acústicu, pal que'l COBE nun tenía abonda resolución pa resolvelo. El primer picu na anisotropía foi detectáu tentativamente pol esperimentu Toco y la resultancia foi confirmáu polos esperimentos BUMERÁN y MAXIMA.[15] Estes midíes demostraron que l'Universu yera aproximao planu y podía refugar les cuerdes cósmiques como un gran componente na formación d'estructures cósmiques y suxer que la inflación cósmica yera la teoría correuta pa la formación d'estructures.

El segundu picu foi detectáu con indecisión por dellos espertos antes de ser detectáu definitivamente pol WMAP, que tamién detectó vacilantemente el tercer picu. Dellos esperimentos p'ameyorar les midíes de la polarización y el fondu de microondes en pequeñes escales angulares tán en cursu. Estes son el DASI, WMAP, BUMERÁN y el Cosmic Background Imager. Los esperimentos vinientes nesti campu son el satélite Planck, el Telescopiu Cosmolóxicu de Atacama y el Telescopiu del Polu Sur.

 
Imaxe del WMAP de la anisotropía de la temperatura del CMB.

Cronoloxía del fondu de radiación de microondes

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  • 1940. Andrew McKellar: La detección observacional d'una temperatura bolométrica media de 2,3 K basada nel estudiu de les llinies d'absorción interestelar ye informada dende l'Observatoriu Dominion Observatory, Columbia Británica[16]
  • 1946. Robert Dicke afaya ".. la radiación de la materia cósmico" a < 20 K, nun se refier a la radiación de fondu[17]
  • 1948. George Gamow calcula una temperatura de 50 K (asumiendo un Universu de 3.000 millones d'años),[18] comentándolo".. ta d'alcuerdu razonablemente cola temperatura actual del espaciu interestelar", pero nun menta'l fondu de radiación.
  • 1948. Ralph Alpher y Robert Herman envaloren «la temperatura nel Universu» en 5 K. Anque nun menten específicamente'l fondu de radiación de microondes, puede inferise.[19]
  • 1950. Ralph Alpher y Robert Herman re-envaloren la temperatura a 2 K.
  • 1953. George Gamow envalora 7 K.[17]
  • 1956. George Gamow envalora 6 K.[17]
  • Años 1960. Robert Dicke reestima una temperatura de la radiación de fondu de microondes de 40 K[17]
  • 1964. A. G. Doroshkevich y Igor Novikov publiquen un curtiu artículu, onde dicen que'l fenómenu de la radiación de fondu de microondes ye detectable.
  • 1964-65. Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson miden la temperatura como aproximao 3 K. Robert Dicke, P. J. Y. Peebles, P. G. Roll y D. T. Wilkinson interpreten radiación como una firma del Big Bang.
  • 1983. Empieza l'esperimentu soviéticu RELIKT-1 sobre la anisotropía del CMB.
  • 1990. Llógrense midíes del FIRAS de la forma de cuerpu negru del espectru del CMB con esquisita precisión.
  • 1992. El descubrimientu de la anisotropía pola nave espacial RELIKT-1 foi reportáu oficialmente en xineru de 1992 nel seminariu d'Astrofísica de Moscú.[20]
  • 1992. El COBE DMR revela la temperatura de anisotropía primaria per primer vegada.
  • 2002. El DASI afaya la polarización del CMB.[21]
  • 2004. El CBI llogra l'espectru de polarización del CMB.[22]

Rellación col Big Bang

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El modelu estándar caliente del Big Bang del Universu rique que les condiciones iniciales pal Universu son un campu gaussiano casi invariente o espectru de Harrison-Zel'dovich. Esto ye, por casu, una predicción del modelu d'inflación cósmica. Esto significa que l'estáu inicial del Universu ye aleatoriu, pero d'una forma claramente especificada en que l'amplitú de les inhomogeneidades vírxenes ye 10-5. Poro, los postulaos sobre les inhomogeneidades nel Universu precisen ser estadístiques por naturaleza. Esto lleva a la varianza cósmica en que les incertidumes na varianza de les fluctuaciones de les escales mayores reparaes nel Universu tienen dificultaes pa comparase de manera precisa a la teoría.

Temperatura

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L'espectru de potencia de la anisotropía de la temperatura del fondu de radiación de microondes en función de esguilar angular (o momentu multipolar). Los datos amosaos son del WMAP (2006), Acbar (2004) Bumerán (2005), CBI (2004) y VSA (2004).

La radiación del fondu cósmicu de microondes y el fana en candia cosmolóxicu considérense conxuntamente como la meyor prueba disponible pa la teoría del Big Bang. El descubrimientu del CMB a mediaos de los años 1960 amenorgó l'interés n'alternatives como la Teoría del Estáu Estacionariu. El CMB apurre una imaxe del Universu cuando, acordies cola cosmoloxía convencional, la temperatura baxó lo suficiente como pa dexar que los electrones y protones formen átomos d'hidróxenu, faciendo asina l'Universu tresparente a la radiación. Cuando s'anició unos 400.000 años dempués del Big Bang, esti periodu ye conocíu xeneralmente como'l "periodu de la última dispersión" o'l periodu de la recombinación o'l desacople, la temperatura del Universu yera d'unos 3000 K. Esto correspuende con una enerxía d'unos 0.25 eV, que ye enforma menor que los 13.6 eV de la enerxía d'ionización del hidróxenu. De magar, la temperatura de la radiación cayó nun factor d'aproximao 1100 por cuenta de la espansión del Universu. Según espándese l'Universu, los fotones del fondu cósmicu de microondes mover escontra'l colloráu, faciendo que la temperatura de radiación sía inversamente proporcional al factor d'escala del Universu.

Estudiu de les anisotropías

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La radiación de fondu apaez a la primer vista isótropa, esto ye, independiente de la direición el que se mida. Esti fechu yera de mala esplicación según el modelu orixinal del Big Bang y foi una de les causes que llevó a la formulación del modelu inflacionario del Big Bang. Una de les predicciones d'esti modelu ye la esistencia de pequeñes variaciones na temperatura del fondu cósmicu de microondes. Estes anisotropías o inhomogeneidades fueron detectaes finalmente nos años 90 por dellos esperimentos, especialmente, pol satélite de la NASA COBE (Cosmic Background Explorer) ente 1989 y 1996 que foi la primer esperiencia capaz de detectar irregularidaes y anisotropías nesta radiación. Les irregularidaes considérense variaciones de densidá del universu primitivu y el so descubrimientu refundia nicios, la formación de les primeres estructures de gran escala y la distribución de galaxes del universu actual. Nel 2001 l'axencia espacial americana NASA llanzó'l WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), un nuevu satélite capaz d'estudiar con gran detalle la radiación cósmico de fondu, que consiguió'l mapa más completu de les anisotropías na radiación de fondu de microondes. Otros preseos detectaron entá con más detalle y a mayor resolución angular les anisotropías del CMB, como'l Cosmic Background Imager pero en namái unes zones del cielu. Los datos apurríos pol WMAP en 2003 y 2006 revelen un universu n'espansión formáu por un 4% de materia bariónica, un 22% de materia escuro y un 74% d'enerxía escura. El 2009 la ESA llanzó'l Planck, un satélite de capacidaes enforma mayores inda que'l WMAP.

L'anisotropía del fondu de radiación de microondes ta estremada en dos tipos: anisotropía primaria – debida a efeutos qu'asoceden na última superficie de dispersión y na anterior – y la anisotropía secundaria – que ye debida a efeutos, como les interacciones con gases calientes o potenciales gravitacionales, ente la última superficie de dispersión y l'observador.

Anisotropía primaria

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La estructura de les anisotropías del fondu de radiación de microondes ye determinada principalmente por dos efeutos: oscilaciones acústiques y espardimientu húmedu (tamién llamada mugor ensin choques o seda húmedo). Les oscilaciones acústiques surden a partir de la competencia nel plasma fotón-barión nel Universu primixeniu. La presión de los fotones tienden a esaniciar les anisotropías, ente que l'atracción gravitacional de los bariones – que se mueven a velocidaes enforma menores que la velocidá de la lluz – facer tender a colapsar pa formar trupos halos. Estos dos efeutos compiten pa crear oscilaciones acústiques que dan al fondu de radiación de microondes la so carauterística estructura de picu. Los picos correspuéndense, aproximao, con resonancies nes que los fotones se desacoplan cuando una manera particular atopar nel so picu d'amplitú.

Los picos contienen interesantes firmes físiques. Esguilar angular del primer picu determina la combadura del Universu (pero non la topoloxía del Universu). El segundu picu – realmente la proporción de los picos impares colos picos pares – determina l'amenorgada densidá bariónica. El tercer picu puede utilizase pa estrayer información sobre la densidá de materia escuro.

Les llocalizaciones de los picos tamién dan importante información sobre la naturaleza de la densidá de perturbaciones primixenia. Hai dos tipos fundamentales de densidá de perturbaciones llamaes "adiabática" y "isocurvatura". Una densidá de perturbación xeneral ye un amiestu d'estos dos tipos y esisten distintes teoríes qu'aparenten esplicar l'espectru de densidá de perturbación primixeniu que prediz distintos amiestos.

  • Pa densidaes de perturbación adiabáticas, la sobredensidad fraccional en cada componente de materia (bariones, fotones...) ye la mesma. Esto ye, si hai un 1% más d'enerxía en bariones que la media nun puntu, entós con una densidá de perturbación adiabática pura hai tamién un 1% más d'enerxía nos fotones y un 1% más d'enerxía en neutrinos, que la media. La inflación cósmica prediz que les perturbaciones primixenies son adiabáticas.
  • Cola densidá de perturbaciones de la isocurvatura, la suma de les sobredensidades fraccionales ye cero. Esto ye, una perturbación onde en dalgún puntu hai un 1% más d'enerxía en bariones que la media, un 1% más d'enerxía en fotones que la media y un 2% menos enerxía en neutrinos que la media, sería una perturbación de isocurvatura pura. Les cuerdes cósmiques produciríense principalmente por perturbaciones de isocurvatura primixenies.

Nel espectru del CMB pueden estremase estos dos tipos de perturbaciones porque los picos producir en distintos locacalizaciones. La densidá de perturbaciones de isocurvatura producen una serie de picos que les sos escales angulares (l-valores de los picos) tán aproximao nes rellaciones 1 : 3 : 5..., ente que la densidá de perturbaciones adiabáticas producen picos que les sos allugamientos tán nes rellaciones 1 : 2 : 3.[23] Les observaciones son consistentes conque la densidá de perturbaciones primixenia ye dafechu adiabática, apurriendo la clave pal soporte de la inflación y refugar munchos modelos de formación d'estructures incluyendo, por casu, les cuerdes cósmiques.

El mugor ensin choques ye causada por dos efeutos, cuando'l tratamientu del plasma primixeniu como un fluyíu empieza a rompese:

  • la medría del camín llibre mediu de los fotones nel plasma primordial llega a tar incrementalmente enrarecido nun Universu n'espansión.
  • la grosez de la última superficie de dispersión, que causa la medría del camín llibre mediu mientres el desacople, inclusive mientres la dispersión Compton sigui asocediendo.

Estos efeutos contribúin por igual a la supresión de anisotropías en pequeñes escales y dan llugar a la carauterística cola húmeda esponencial vista en anisotropías n'escales angulares bien pequeñes.

La delgadez de la última superficie de dispersión referir al fechu de que'l desacople de los fotones y bariones nun asocede instantáneamente, sinón que rique una fracción apreciable de la edá del Universu percima d'esa dómina. Un métodu pa cuantificar esautamente cuántu tiempu duró esti procesu utiliza la Función de visibilidá de fotones. Esta función defínese tal que, definiéndola como P(t), la probabilidá de qu'un fotón de la última dispersión del CMB ente t y t+dt ta dada por P(t)dt.

El máximu de la función de visibilidá (el tiempu en que ye más probable qu'un fotón determináu de la última dispersión del CMB) ye conocíu de manera bien precisa. Les resultancies del primer añu de WMAP dicen que'l tiempu en que P(t) ye máximu ente 372 000 años (± 14000).[24] De cutiu considérase'l "tiempu" en que se formó'l fondu de radiación de microondes. Sicasí, pa entender cuánto tiempu precisar pal desacople de fotones y bariones, precísase una midida del anchor de la función de visibilidá. L'equipu del WMAP atopa que P(t) ye mayor que la metá del so valor máximu (la "anchor entero a metá del máximu) nel intervalu 115 000 años (± 5000). Según esta midida, el desacople duró unos 115 000 años y cuando se completó, l'Universu tenía unos 487 000 años.

Anisotropía tardida

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Dempués de la creación del CMB, ésti ye modificáu por dellos procesos físicos colectivamente conocíos como anisotropía tardida o anisotropía secundaria. Dempués de la emisión del CMB, la materia ordinario nel Universu taba formada principalmente d'hidróxenu neutru y átomos d'heliu, pero de les observaciones de les galaxes paez que gran parte del volume del mediu intergaláctico (IGM) anguaño consiste en material ionizado (yá que hai delles llinies d'absorción por cuenta d'átomos d'hidróxenu). Esto implica un periodu de reionización en que'l material del Universu colapsar n'iones d'hidróxenu.

Los fotones del CMB se esparcen en cargues llibres como electrones que nun tán amestaos a átomos. Nun Universu ionizado, tales electrones fueron lliberaos d'átomos neutros por radiación ionizante (ultravioleta). Güei estes cargues llibres son d'una densidá abondo baxa en gran parte del volume del Universu que nun afecten a les midíes del CMB. Sicasí, si'l IGM foi ionizado en tiempos bien tempranos cuando l'Universu yera bien trupu, entós habría dos efeutos principales nel CMB:

  1. Les anisotropías a pequeña escala son esaniciaes (xusto como cuando se repara un oxetu al traviés de la borrina, los detalles del oxetu apaecen difuminados).
  2. La física de cómo los fotones se esparcen n'electrones llibres (Espardimientu Thomson) induz a la polarización de les anisotropías en grandes escales angulares. Esta polarización de gran angular ta correlada cola perturbación de temperatura de gran angular.

Estos dos efeutos fueron reparaos pol satélite WMAP, apurriendo pruebes de que l'Universu foi ionizado en tiempos bien primixenios, con un fana en candia de más de 17. La procedencia detallada d'esta temprana radiación ionizante sigue siendo aldericada polos científicos. Puede incluyise la lluz de les estrelles dende la primer población d'estrelles (población III), les supernoves nes que se convirtieron estes estrelles a la fin de les sos vides o la radiación ionizante producida pola adición de discos de furacos negros masivos.

El periodu dempués de la emisión del fondu de radiación de microondes y antes de la observación de les primeres estrelles ye conocíu de forma casi risible polos cosmólogos como les edaes escures, y ye un periodu que ta so un intensu estudiu polos astrónomos (Ver la radiación de 21 centímetros).

Otros efeutos qu'asoceden ente la reionización y la nuesa observación del CMB que causen les anisotropías son l'efeutu Siunyáiev-Zeldóvich, nel qu'una nube d'electrones d'alta enerxía esvalixa la radiación, tresfiriendo anguna enerxía a los fotones del CMB y l'efeutu Sachs-Wolfe, que cause que los fotones del fondu de radiación de microondes tean gravitacionalmente movíos escontra'l colloráu o escontra l'azul debíu a campos gravitacionales cambiantes.

Polarización

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El CMB ta polarizáu con un nivel d'unos cuantos microkelvins. Hai dos tipos de polarización, llamaes maneres Yy B. Esto presenta una analoxía cola electrostática, en que'l campu llétrico (campu Y) tien un rotacional evanescente ente que'l campu magnético (campu B) tien una diverxencia evanescente. Les maneres Y apaecen de forma natural a partir de la espardimientu Thomson nun plasma heteroxéneu. Les maneres B, que nun fueron midíos y piénsase que tienen una amplitú de como muncho 0,1 µK, nun se producen namái a partir del plasma. Son una señal de la inflación cósmica y son determinaos a partir de la densidá de les ondes gravitacionales primixenies. La detección de los maneres B ye desaxeradamente difícil, particularmente yá que el grau de contaminación de fondu ye desconocíu y la señal de les lentes gravitacionales entemecen la fuercia relativo de la manera Y cola manera B.[25]

Observaciones del fondu de microondes

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Dempués del descubrimientu del CMB, realizáronse cientos d'esperimentos del fondu cósmicu de microondes pa midir y carauterizar la naturaleza de la radiación. L'esperimentu más famosu ye probablemente'l satélite COBE de la NASA que orbitó ente 1989-1996, que detectó y cuantificó les anisotropías de gran escala a la llende de les sos capacidaes de detección. Inspiráu poles resultancies iniciales del COBE, un fondu desaxeradamente isótropo y homoxéneu, una serie d'esperimentos basaos en balones y suelu cuantificaron les anisotropías del CMB en pequeñes escales angulares mientres la siguiente década. El principal oxetivu d'estos esperimentos yera midir a escala angular el primer picu acústicu, pal que'l COBE nun tenía abonda resolución. Estes midíes podríen escluyir les cuerdes cósmiques como la principal teoría de la formación d'estructures cósmiques y suxeren que la inflación cósmica ye la teoría fayadiza. Mientres los años 1980, el primer picu foi midíu con una sensibilidá creciente y nel añu 2000, l'esperimento BUMERÁN reportó que les fluctuaciones de mayor enerxía asocedíen a escales d'aproximao un grau. Xunto con otros datos cosmolóxicos, estes resultancies impliquen que la xeometría del Universu ye plana. Dellos interferómetros apurrieron midíes de fluctuaciones de gran precisión mientres los trés años siguientes, incluyendo'l Very Small Array, Degree Angular Scale Interferometer (DASI) y el Cosmic Background Imager (o CBI). La primer detección del DASI foi la polarización del CMB ente que'l CBI llogró l'espectru de polarización del CMB.

En xunu de 2001, la NASA llanzó una segunda misión espacial pal CMB, el WMAP, pa realizar midíes muncho más precises de les anisotropías a gran escala en tol cielu. Les primeres resultancies d'esta misión, revelaos en 2003, fueron midíes detallaes del espectru de potencia angular nes escales más baxes, acutando dellos parámetros cosmolóxicos. Les resultancies son llargamente consistentes colos esperaos de la inflación cósmica según otres teoríes competidores y tán disponibles refechamente nel centru de datos de la NASA pal Fondu Cósmicu de Microondes. Anque'l WMAP apurrió midíes bien exactes de les fluctuaciones a grandes escales angulares nel CMB (estructures que son tan grandes nel cielu como la lluna), nun tendríen resolución angular abonda pa midir les fluctuaciones a pequeña escala que fueren reparaes utilizando interferómetros terrestres, como'l Cosmic Background Imager.

Una tercer misión espacial, el Planck, foi llanzáu en 2009. El Planck va utilizar dos radiómetros HEMT según la un bolómetro y va midir el CMB a escales menores que'l WMAP. A diferencia de los dos misiones espaciales previes, el Planck ye una collaboración ente la NASA y l'Axencia Espacial Europea (ESA). Los sos detectores fueron probaos nel Telescopiu Viper nel experimentp ACBAR, que produció les midíes más precises a pequeñes escales angulares hasta la fecha – y nel telescopiu de balones Archeops.

Los preseos terrestres adicionales como'l Telescopiu del Polu Sur en L'Antártida, el propuestu Proyeutu Clover, el Telescopiu Cosmolóxicu de Atacama y el proyeutu Quiet en Chile va apurrir datos adicionales non disponibles nes observciones de satélite, posiblemente incluyento la polarización de la manera B.

Ye posible "ver" la radiación de fondu de microondes con daqué tan común cómo un televisión analóxicu -esto ye, los antiguos ensin preparar pa recibir la Televisión Dixital Terrestre- que sintonice una canal nel que nun haya nenguna emisora emitiendo; parte (un 1%) de la "nieve" que puede trate na pantalla ye dicha radiación de fondu captada pola antena del aparatu.[26]

El futuru del fondu cósmicu de microondes

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Artículu principal: El fondu cósmicu de microondes nel futuru alloñáu del Cosmos

Yá que al dise espandiendo l'Universu'l desplazamientu en candia sufiertu pola radiación cósmica de fondu va aumentando va llegar un momentu bien alloñáu, asumiendo un Universu abiertu, nel cual ésta va ser indetectable por completu, acabando per ser "tapáu" pol causáu por la lluz emitida poles estrelles y ésti de la mesma al siguir espandiéndose'l Cosmos va sufrir el mesmu efeutu y va ser reemplazáu pol d'otros procesos que se produzan nel futuru alloñáu.

Referencies

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  1. ↑ Esto ignora la anisotropía del dipolo llétricu, que se debe al Efeutu Doppler de la radiación de fondu de microondes por cuenta de nuesa velocidá peculiar relativa a la estructura cósmica inmóvil. Esta carauterística ye consistente cola Tierra moviéndose a unos 380000 m/s escontra la constelación de Virgo.
  2. ↑ D. J. Fixsen y otros, "The Cosmic Microwave Background Spectrum from the full COBE FIRAS data set", Astrophysical Journal 473, 576–587 (1996).
  3. ↑ La densidá d'enerxía d'un espectru de cuerpu negru ye  , onde T ye la Temperatura,   ye la constante de Boltzmann,   ye la constante de Planck y c ye la velocidá de la lluz. Esto puédese rellacionar cola densidá crítica del Universu utilizando los parámetros del Modelu Lambda-CDM.
  4. ↑ Astrophysical Journal Supplement, 148 (2003). En particular, G. Hinshaw y otros "Primer añu d'observaciones del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP): l'espectru de potencia angular", 135–159.
  5. ↑ D. N. Spergel et al., "Primer añu d'observaciones del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP): determinación de parámetros cosmolóxicos", Astrophysical Journal Supplement 148, 175–194 (2003).
  6. ↑ G. Gamow, "L'Orixe de los Elementos y la Separación de les Galaxes," Physical Review 74 (1948), 505. G. Gamow, "La evolución del Universu", Nature 162 (1948), 680. R. A. Alpher y R. Herman, "Sobre les Bayures Relatives de los Elementos," Physical Review 74 (1948), 1577.
  7. ↑ A. K. T. Assis, M. C. D. Nieves, "Hestoria de la Temperatura de 2,7 K antes de Penzias y Wilson," (1995, PDF | HTML) pero ver tamién N. Wright, "Eddington nun predixo'l CMB", [1].
  8. ↑ A. A. Penzias. «"The origin of elements."». Premiu Nobel de Física. Consultáu'l 13 d'abril de 2007.
  9. ↑ R. H. Dicke, "The measurement of thermal radiation at microwave frequencies", Rev. Sci. Instrum. 17, 268 (1946). Esti diseñu básicu pa un radiómetru utilizóse en más esperimentos posteriores del fondu de radiación de microondes.
  10. ↑ A. A. Penzias y R. W. Wilson, "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s," Astrophysical Journal 142 (1965), 419. R. H. Dicke, P. J. Y. Peebles, P. G. Roll y D. T. Wilkinson, "Cosmic Black-Body Radiation," Astrophysical Journal 142 (1965), 414. La hestoria cuntar en P. J. Y. Peebles, Principles of physical cosmology (Princeton Univ. Pr., Princeton 1993).
  11. ↑ A. McKellar, Publ. Dominion Astrophys. Obs. 7, 251.
  12. ↑ Y. R. Harrison, "Fluctuaciones nel estragal de la cosmoloxía clásica", Phys. Rev. D1 (1970), 2726. P. J. Y. Peebles y J. T. Yu, "Les perturbaciones adiabáticas vírxenes nun Universu n'espansión", Astrophysical Journal 162 (1970), 815. Yá. B. Zel'dovich, "Una hipótesis, unificando la estructura y la entropía del Universu," Noticies mensuales de la Real Sociedá Astronómica 160 (1972).
  13. ↑ R. A. Siunyáiev, "Fluctuaciones del fondu de radiación de microondes", en Estructures a Gran Escala del Universu ed. M. S. Longair y J. Einasto, 393. Dordrecht: Reidel 1978. Ente que esti ye'l primer artículu qu'alderica en detalle la buelga observacional de les inhomogeneidades de densidá como anisotropías no fondero de radiación de microondes, parte del trabayu de campu foi presentáu en Peebles y Yu, enriba.
  14. ↑ George F. Smoot y otros. "Estructura nel COBE DMR mientres el primer añu de mapes", Astrophysical Journal 396 L1–L5 (1992). C. L. Bennett y otros. "Cuartu añu d'observaciones del fondu de radiación de microondes nel COBE DMR: mapes y resultancies básiques.", Astrophysical Journal 464 L1–L4 (1996).
  15. ↑ A. D. Miller y otros., "Una midida del espectru de potencia angular del fondu de radiación de microondes dende l = 100 hata 400", Astrophysical Journal 524, L1–L4 (1999). A. Y. Lange y otros., "Parámetros cosmolóxicos de les primeres resultancies del Bumerán". P. de Bernardis y otros., "Un Universu planu a partir de los mapes d'alta-resolución del fondu de radiación de microondes", Nature 404, 955 (2000). S. Hanany y otros. "MAXIMA-1: Una midida de la anisotropía del fondu de radiación de microondes on n'escales angulares de 10'-5°", Astrophysical Journal 545 L5–L9 (2000).
  16. ↑ McKellar A (1941) Dominion Astrophysics Observatory Journal, Victoria, British Columbia, Vol VII, Non 15, 251. McKellar taba intentando midir la temperatura medio del mediu interestelar. Ye improbable que tuviera idea de les implicaciones cosmolóxiques de la so midida, pero foi un llogru considerable y sofisticao.
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 Helge Kragh, Cosmoloxía y Discutiniu: El Desenvolvimientu Históricu de los Dos Teoríes del Universu (1999) ISBN 0-691-00546-X. "En 1946 Robert Dicke y el so equipu nel MIT probaron l'equipu que podría probar un fondu de radiación cósmico d'intensidá correspondiente a unos 20K na rexón de les microondes. Sicasí, nun se referíen a tal fondu, sinón namái a 'radiación dende la materia cósmico'. Tampoco esti trabayu foi rellacionáu cola cosmologá y namái ye mentáu porque suxer qu'en 1950 la detección del fondu de radiación de microondes fuera téunicamente posible y tamién pol papel posterior de Dicke nel descubrimientu". Ver tamién, Robert H. Dicke, Robert Beringer, Robert L. Kyhl y A. B. Vane, "Midíes d'Absorción Atmosférica con un Radiómetru de Microondes" (1946) Phys. Rev. 70, 340–348
  18. ↑ George Gamow, La Creación Del Universu p.50 (Reimpresión de Dover de la edición revisada de 1961) ISBN 0-486-43868-6
  19. ↑ Helge Kragh, Cosmoloxía y Discutiniu: El Desenvolvimientu Históricu de Los Dos Teoríes del Universu (1999) ISBN 0-691-00546-X. "Alpher y Herman calcularon per primer vegada la temperatura actual de la descomposición de radiación primixenio en 1948, cuando reportaron un valor de 5 K. Anque nun foi mentáu entós nin en publicaciones posteriores que la radiación taba na rexón de les microondes, esto conclúyese darréu de la temperatura. Alpher y Herman esclariaron qu'ellos la llamaron «la temperatura del Universu» l'añu anterior refiriéndose al cuerpu negru distribuyíu na radiación de fondu un pocu distintu de la lluz solar".
  20. ↑ Premiu Nobel de Física: Les Oportunidaes Perdíes de Rusia Archiváu 2015-10-27 en Wayback Machine. Por RIA Novosti, Nov 21, 2006
  21. ↑ J. Kovac y otros, "Detección de la polarización no fondero de radiación de microondes utilizando'l DASI", Nature 420, 772-787 (2002).
  22. ↑ A. Readhead y otros, "Polarization observations with the Cosmic Background Imager ", Science 306, 836-844 (2004).
  23. ↑ Wayne Hu y Martin White, "Firmes Acústiques no fondero de Radiación de Microondes." Astrophysical Journal, 471, 30.
  24. ↑ WMAP Collaboration, "Primer añu d'observaciones del WMAP: Determinación de parámetros cosmolóxicos." Astrophys. J. Suppl. 148 175 (2003). arXiv astru-ph/0302209
  25. ↑ A. Lewis y A. Challinor (2006). «Weak gravitational lensing of the CMB». Phys. Rep. 429:  páxs. 1-65. Plantía:Arxiv
  26. ↑ to-television/ El "Big Bang" na to televisión

Bibliografía

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