jueves, 12 de febrero de 2015

Una foto desde el abismo del tiempo

La radiación cósmica de fondo detectada por el telescopio espacial Planck
A medida que los sucesivos telescopios espaciales de la NASA y de la Agencia Espacial Europea (COBE, WMAP, Planck) nos envían datos sobre la radiación cósmica de fondo, las imágenes correspondientes suelen aparecer en la primera página de los diarios de mayor difusión, usualmente acompañadas por titulares que no siempre son afortunados. Veamos unos cuantos:

  1. Una radiación que llega del infinito (La Vanguardia, 28 de abril de 1992). Este titular es evidentemente exagerado, pues la radiación cósmica de fondo no llega del infinito, sino de unos 40.000 millones de años-luz de distancia.
  2. Un telescopio para retroceder hasta el origen del universo (subtitular en El País, 21 de marzo de 2013). Esto no es cierto: al medir la temperatura de la radiación cósmica de fondo no retrocedemos hasta el origen del universo, sino hasta algunos cientos de miles de años después de ese origen.
  3. El telescopio espacial Planck desvela un universo más antiguo (www.gistain.net, 21 de marzo de 2013). Tampoco es exacto: el telescopio Planck no reveló un universo más antiguo que los satélites anteriores, solo aumentó la precisión con que se conocen los detalles de la radiación cósmica de fondo, pero la edad de la señal detectada era exactamente la misma.
  4. El telescopio Planck muestra las primeras luces del origen del universo (La Gaceta, 21 de marzo de 2013). Este titular es casi correcto. Si hubiese dicho El telescopio Planck muestra las primeras luces próximas al origen del universo no habría habido nada que oponer.
  5. El telescopio espacial Planck captura la primera luz del universo (La Vanguardia, 21 de marzo de 2013, La Razón, 22 de marzo de 2013). Este es el único titular correcto.
Wilson y Penzias junto a la antena del radiotelescopio
En efecto, la radiación cósmica de fondo es el residuo al que ha quedado reducida, por la expansión del universo, la primera luz que consiguió atravesar el cosmos cuando este se hizo transparente, unos cientos de miles de años después del Big Bang. El descubrimiento de esta radiación valió el premio Nobel de 1978 a Arno Penzias y Robert Wilson y convirtió al Big Bang en la teoría estándar sobre el origen del cosmos.
La existencia de la radiación cósmica de fondo había sido prevista en 1948 por Ralph Alpher y Robert Herman. Después del Big Bang, mientras la temperatura fue superior a unos 3000ºK, los electrones no podían asociarse a los protones para formar átomos de hidrógeno. Toda la materia estaba entonces en estado de plasma, como el interior del sol. Era, por tanto, opaca. Cuando la temperatura descendió por debajo de 3000ºK se formaron átomos, la materia pasó al estado gaseoso y se hizo transparente. A partir de entonces, la luz procedente de otros puntos del universo puede llegar hasta nosotros.

La radiación cósmica de fondo es el punto extremo al que pueden llegar nuestros telescopios. Más allá no podemos ver, porque el universo se vuelve opaco y no deja pasar las radiaciones. Para estudiar el primer medio millón de años (aproximadamente) de la historia del universo, sólo podemos recurrir a resolver ecuaciones matemáticas y a hacer predicciones sobre los procesos que pudieron ocurrir utilizando la física de partículas, pero no podremos verlo directamente, salvo buscando huellas de esos fenómenos en la propia radiación cósmica de fondo.

Manuel Alfonseca

15 comentarios:

  1. ¡Gracias! Es importante, sobre todo para los «analfabetos en Ciencias» como yo, matizar y corregir a (in)ciertos periodistas.

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  2. Crítica didáctica al artículo: induce a confundir espacio (distancia desde la que nos llega la radiación cósmica de fondo, aprox 40.000) con tiempo (edad del universo, con origen en el momento Big Bang, aprox 13.700) , ambas magnitudes medidas en unidades de años-luz lo que contribuye a la confusión.

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    1. Te equivocas. En ningún sitio he medido el tiempo en años-luz (que es unidad de distancia), siempre en años.Léelo otra vez, por favor.

      El tiempo transcurrido desde el Big Bang (que no se cita en el artículo) es de 13.790 millones de años, según los últimos cálculos. La distancia a la que está la radiación cósmica de fondo es el camino recorrido por esa luz desde que surgió, que debido a la expansión del universo no son 13.790 millones de años-luz, sino unos 40.000 millones de años-luz. Así que no hay confusión en el artículo.

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  3. Hola Alfonseca, tienes toda la razón en tus planteamientos del artículo, pero me pregunto ¿no estaremos siendo muy detallistas y exigentes con los titulares de prensa y divulgación de noticias científicas? En tu respuesta a José Manuel, (que creo que también es correcta), ¿No cometes también una "imprecisión sin importancia" similar a las que señalas en el artículo, al decir que la distancia a la que está la radiación cósmica de fondo son unos 40.000 Giga años-luz? Si la radiación estuviera a esta distancia no la captaría ningún telescopio en o cercano a la Tierra (sino que la radiación viene desde esa distancia, como tú mismo enseguida aclaras). Resulta interesante que a pesar de las imprecisiones lingüísticas que cometemos a diario, la mente humana sepa obviarlas y captar la idea principal que queremos trasmitir. Un saludo respetuoso de Gustavo.

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    1. Para dejar las cosas más claras:
      La radiación cósmica de fondo que estamos recibiendo ahora se originó hace unos 13.790 millones de años (medio millón de años después del Big Bang). La luz, en ese tiempo, ha recorrido 13.790 millones de años-luz (naturalmente), pero como el espacio se ha ido alargando desde entonces, esa distancia, para nosotros, se ha convertido en unos 40.000 millones de años-luz, es decir, esa luz que estamos detectando (convertida en microondas por el corrimiento al rojo) salió de un punto que ahora está a unos 40.000 millones de años-luz de nosotros (en números redondos).

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  4. Queridos Alfonso (a quien conozco personalmente) y Gustavo (quien me es, hoy por hoy, un conocido 2.0):

    Creo que no, que no me equivoco [por lo menos no del todo; y, antes de proseguir quiero dejar constancia de mi reconocimiento a quien tiene todo el mérito de provocarnos, una y otra vez].

    En este caso, la confusión está servida tratándose de los conceptos espacio/tiempo, gemelos univitelinos alumbrados en el Big-Bang.

    Veamos:

    1. En el origen (tiempo 0, espacio 0) el foco de radiación cósmica comienza a emitir a velocidad de la luz c [iniciando la dimensión tiempo] y a expandirse igualmente a la misma velocidad como máximo [iniciando la dimensión espacio].

    2. Cierto tiempo después un observador es capaz de detectar la radiación cósmica del Big-Bang y (abstracción hecha de la transición no transparente) medir/cuantificar dicha magnitud temporal (estimando cuándo se originó, habida cuenta de la velocidad c con que ha sido transmitida). Y obtiene la respuesta, creo fundamental porque mide nuestra edad, de que la radiación comenzó a emitirse hace aprox. 13.700 millones de años.

    3. La cuestión de a qué distancia se encuentre hoy dicho foco, entiendo:
    - depende de teoría dinámica expansión universal.
    - resulta quizás académica en exceso en este contexto.
    - dejo a mis destinatarios la aritmética de la distancia aumentada, desde los
    13.700 años-luz de distancia a que lanzó su primer destello hasta la actual, a
    velocidad c durante los 13.700 años transcurridos desde entonces.

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    1. José Manuel, ya veo cuál es tu problema. La expansión del universo no es un fenómeno limitado por la velocidad de la luz. Al principio se realizó a velocidad mucho mayor que c. Como el espacio no es un objeto físico, no le afecta el límite de la velocidad de la luz.

      Cuando un rayo de luz salió de la RCF hace unos 13.790 millones de años, todo su recorrido lo ha hecho a velocidad c, porque es un rayo de luz. Pero visto desde nuestro punto de vista, el espacio que ha recorrido no es igual a 13.790 millones de años. Porque el primer kilómetro que recorrió (a velocidad c) se ha expandido enormemente desde entonces (a velocidad mayor que c) y ahora es mucho más largo. El segundo kilómetro se ha expandido un poco menos (pero también a velocidad mayor que c), y así sucesivamente. ¿Es pues extraño que el camino recorrido por ese rayo de luz sea ahora de unos 40.000 millones de años-luz?

      Lo que sí es cierto es que, desde el punto de vista del propio rayo de luz, ha recorrido 13.790 millones de años-luz en 13.790 millones de años. Pero desde nuestro punto de vista ese mismo rayo de luz ha recorrido más de 40.000 millones de años-luz en 13.790 millones de años, porque las distancias que iba dejando atrás se han ido alargando. Así funciona la expansión del universo.

      Por cierto, no me llamo Alfonso, sino Manuel.

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  5. Hola Alfonseca. Encantado de conocerte José Manuel. Creo que me he metido en el medio de una batalla de gigantes, pero no importa, como es una batalla espiritual no me voy a amedentrar. Lo Primero; Yo creo que el espacio-tiempo (s/t) es físico y que en él la velocidad de la luz no se puede superar. Otra cosa sería “la información” que considero anentrópica, no física, sino de naturaleza “imaginaria” y como tal podría viajar a velocidades taquiónicas. Segundo; si desde el Big Bang la energía “física” se expandió a velocidades cercanas y progresivamente menores a la de la luz, entonces la luz surgida durante este evento inicial (que ahora percibimos como microonda por el corrimiento hacia el rojo, dada la expansión del universo) ha recorrido el espacio desde el origen-central hasta el límite-externo del universo, posiblemente más de una vez, reflejándose en este límite-externo como en un espejo hasta llegar de rebote (no al centro-original, sino al extremo opuesto del universo). Probablemente la distancia recorrida durante estos casi 14 GA no debamos interpretarla como la distancia desde el Origen Big-bang hasta el límite externo actual de nuestro universo, sino que el diámetro universal sería menor que los 40 000 G A-L calculados. Tercero; me parece atrevido pero muy interesante el planteamiento ¿“contructivista”? de la evolución espacio temporal s/t del universo a punto de partida de la luz (lo que creo que plantea José Manuel), me lo voy a meditar porque creo que son afines a algunas ideas que tengo y que quizás pueda seguir desarrollando). Gracias a ambos por vuestros comentarios.

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    1. Te equivocas, Gustavo. La relatividad especial establece un límite (la velocidad de la luz) para la velocidad a la que puede desplazarse un cuerpo móvil, pero el espacio, al expandirse, no es un cuerpo móvil, por lo que no se le aplica ese límite.

      En este artículo http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1306/1306.0238.pdf podéis encontrar las ecuaciones (10) y (16), que demuestran (partiendo de la ecuación cosmológica de Einstein) que el espacio puede expandirse a velocidad mayor que la de la luz. De hecho, en el modelo abierto siempre se expande así, en el modelo plano hay periodos en los que se expande más despacio.

      También te equivocas al suponer que el radio del universo es menor que 40 Giga-años-luz y que la luz se va reflejando. Si así fuera, en la radiación cósmica de fondo veríamos zonas repetidas. Como no es así, se sigue que el universo tiene un radio mayor que 40 Giga-años-luz. De hecho, no está excluido que el espacio pueda ser infinito.

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  6. Gracias Alfonseca por tus presiciones, confiaré en tí, pero la verdad es que al menos donde yo he leído no lo enfocaban así. Por intuición, no por estudio o instrucción, yo siempre he creído en un "universo infinito o matriz" donde nuestro universo burbuja derivado del Big Bang no sería más que uno de los sub-universos posibles (Multiversos). Pero ahora me desconciertas porque me dices algo que apoyaría la existencia de Multiversos, que entendí/creí que tu rechazabas. Por el momento y hasta que tenga tiempo de revisar estos temas, me retiro de la contienda que se va más allá que el límite de mis humanas posibilidades. Aunque me gustaría saber que piensa de esto José Manuel.

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  7. Queridos Manolo y Gustavo:
    Me encanta la comunicación con vosotros.
    En primer lugar, mis excusas por la alquimia dentro de mi RCF nominativa que transmutó Alfonseca de Manuel en Alfonso. Algo quizás tuvo que ver Gustavo…
    Sin solución de continuidad, mi reconocimiento a ambos por haberme inducido a repasar oxidados libros y textos archivados sobre el tema lanzado por el primero.

    [I]
    A la luz del ejercicio, me he reencontrado con varias puntualizaciones y/o reflexiones que debo compartir:
    - Edad -que no dimensión- de nuestro universo(*) [según modelo cosmológico, hoy estándar]: 13.700+/- 700 millones de años, bajo hipótesis de parámetro Hubble constante H0= 71+/-4 Km/s/Mpc.
    (*) No confundir con Universo.
    [De dónde la precisión 13.790 ?]
    -Conforme a dicho modelo, habida cuenta de sus hipótesis de expansión, la RFC se hallaría hoy a una distancia - estimada, no observable- de 46.000 aprox [no 40.000] millones de años-luz, en cualquier caso aún en supuesto camino (si es que un hubiere acontecido un cataclismo entre los 13.700 y los 46.000).
    -El que la velocidad de expansión RFC sea mayor o menor que la de la
    luz c forma parte de las hipótesis encuadradas en un particular modelo
    teórico cosmológico (en este caso, denominado genéricamente Big-Bang).
    -La velocidad de transmisión de la señal de RFC hacia nosotros forma
    parte, igualmente, de las hipótesis que sustentan dicho modelo teórico.
    Creo, sin embargo, que en la respuesta de M. Alfonseca sobre este punto, subyace un problema de enfoque: es en un marco de referencia externo respecto del emisor y del receptor bajo el que la velocidad de transmisión resulta una función de la distancia entre uno y otro -y, por ende, del tiempo (ay!) ; en el marco de referencia del receptor geocéntrico (nosotros), percibiremos que, al final del trayecto, nos llega la luz a su familiar velocidad c. Es así como se comporta este modelo de expansión.

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  8. [II]
    -Nada más lejos de mi intención y posibilidades prolongar una polémica
    científica seriamente fundada.

    - Nada más lejos de mi intención y posibilidades prolongar una polémica
    científica seriamente fundada. Sí me parece obligado -por respeto a los
    destinatarios nominales y a los lectores anónimos- volver al origen de
    estos comentarios antes de su suspensión en este blog, añadiendo:



    . Que figuras icónicas de la Física, relativamente recientes, han fallado
    estrepitosamente en sus propuestas teóricas, que no en sus intentos.
    Son paradigmáticas en este sentido las breves historias de un éter o de
    una constante (?) cosmológica, clamorosamente intermitentes.

    . Que resulta evidente la “plasticidad” del entendimiento cosmológico
    actual.

    . Que de esta RFC arrancó mi crítica didáctica primigenia dedicada al
    artículo, y que ahora -gracias al ejercicio inducido- explicito a
    continuación:


    1 Una radiación que llega del infinito (La Vanguardia, 28 de abril de 1992). Este titular es evidentemente exagerado, pues la radiación cósmica de fondo no llega del infinito, sino de unos 40.000 millones de años-luz de distancia.
    Bajo el modelo estándar BB: 46.000 aprox.

    2 Un telescopio para retroceder hasta el origen del universo (subtitular en El País, 21 de marzo de 2013). Esto no es cierto: al medir la temperatura de la radiación cósmica de fondo no retrocedemos hasta el origen del universo, sino hasta algunos cientos de miles de años después de ese origen.
    Bajo el modelo estándar BB: Cierto.

    3 El telescopio espacial Planck desvela un universo más antiguo (www.gistain.net, 21 de marzo de 2013). Tampoco es exacto: el telescopio Planck no reveló un universo más antiguo que los satélites anteriores, solo aumentó la precisión con que se conocen los detalles de la radiación cósmica de fondo, pero la edad de la señal detectada era exactamente la misma.
    Bajo el modelo estándar BB: Cierto

    4 El telescopio Planck muestra las primeras luces del origen del universo (La Gaceta, 21 de marzo de 2013). Este titular es casi correcto. Si hubiese dicho El telescopio Planck muestra las primeras luces próximas al origen del universo no habría habido nada que oponer.
    Se confunde radiación lumínica (frecuencias humanamente visibles) co radiación de microondas (frecuencias no visibles).

    5 El telescopio espacial Planck captura la primera luz del universo (La Vanguardia, 21 de marzo de 2013, La Razón, 22 de marzo de 2013). Este es el único titular correcto.
    Mismo comentario 4.

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    1. Sí, ya sé que he utilizado números aproximados, pero siempre lo he dicho ("unos 40.000 años-luz", "unos cientos de miles de años" o "medio millón de años (aproximadamente)"). No quería poner cifras exactas, puesto que estas aprocimaciones suelen cambiar con el tiempo.

      La edad del universo no se mide directamente, se deduce de la adaptación del modelo concreto que se esté considerando (usualmente el modelo Lambda-CDM) a los datos experimentales. Cuando se hicieron públicos los resultados del satélite Planck en marzo de 2013, se dio la cifra de 13.798 años para la edad del universo. No conozco ninguna más reciente. En cuanto a H0 (la "constante" de Hubble, que no es constante) cambia un poco con cada nueva estimación, pero se está estabilizando entre 65 y 72. Esta constante sí puede estimarse directamente a partir de datos experimentales analizando el corrimiento al rojo de las galaxias, (e.g. Riess et al, 2014), pero los resultados obtenidos no coinciden exactamente con los calculados a partir de la radiación cósmica de fondo (e.g. Bennett et al, 2014). Los datos que das (13.700+/- 700 millones de años, y parámetro Hubble H0= 71+/-4 Km/s/Mpc.) están algo atrasados, me parece. Para más información, te envío una vez más a mi artículo:
      http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1306/1306.0238.pdf

      En este contexto, tus correcciones a mis correcciones a los titulares de prensa no me parecen relevantes. El punto 1. ya te lo he explicado (ahí mismo pone "unos 40.000 años-luz). En los puntos 4 y 5, tu corrección no procede, porque cuando la RCF que hoy nos llega como microondas se generó, era luz. Y a eso se refieren correctamente los titulares.

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    2. -Entiendo, pues, coincidimos en la "plasticidad".
      -Dentro de ésta se inscribe la valoración de H0, parámetro que no constante. Los datos que aporto son tan "plásticos" como los tuyos (ref.Astronomy & Astrophysics paper March 21, 2014).
      -De mayor enjundia "plástica", el hecho de diversos modelos BigBang, según diferentes hipótesis sobre elementos de base no verificados. Es en este contexto donde mis correcciones a tus correcciones creo son relevantes.
      -De mayor enjundia "plástica" aún, el hecho de que los modelos BB no agotan, ni hacia atrás (pasado) ni hacia adelante(futuro) ni en el origen nuestro entendimiento del Universo como objeto de la Física.Y de aquí nace mi "crítica didáctica", al situar -sin mayor advertencia a los lectores- en los "media" una falta de precisión que corresponde más propiamente al dominio científico.

      Con lo anterior, queda por mi parte aclarada la cuestión (con la constancia de haber excedido los límites que tu artículo pretendía).
      Naturalmente , tú tienes la legítima palabra última puesto que te tomaste el esfuerzo de la primera.
      Un abrazo.

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    3. Puesto que me dejas la última palabra, diré dos cosas:

      1. Tienes razón en que las teorías científicas son siempre provisionales y las cifras que toman las constantes universales pueden ir ajustándose con el tiempo.

      2. Pero aún así, sostengo que los cuatro primeros titulares que he comentado en mi artículo estaban mal, pues lo que dicen no es cierto, por las razones que he aducido. Sean los que sean los valores de las constantes, e incluso aunque cambiara la teoría cosmológica estándar, es cierto que:

      a) La radiación cósmica de fondo no llega desde el infinito.

      b) Tampoco procede del origen del universo.

      c) El telescopio espacial Planck no desvela un universo más antiguo, sino de la misma edad que los telescopios anteriores.

      d) Este error es el mismo que b)

      Esto es lo que yo quería indicar con mi artículo: que los medios dan mal las noticias científicas. Toda la discusión posterior que hemos llevado a cabo no desmiente, sino confirma, lo que yo he dicho en el artículo.

      Saludos,

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