¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

[Alriga]

Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

El CMB es un maravilloso regalo que el Universo nos ha dado para que podamos comprenderlo. El estudio intensivo del CMB lo inicia el satélite COBE (Cosmic Background Explorer) lanzado en noviembre de 1989. Sus medidas confirman que el espectro de la radiación del CMB corresponde a un cuerpo negro casi perfecto. Es el amanecer de la Cosmología cuantitativa de precisión.

El 23 de Abril de 1992 el equipo de COBE ofrece una conferencia de prensa en la Sociedad de Física de EEUU en la que confirma el descubrimiento de las anisotropías (fluctuaciones de temperatura del orden de una cienmilésima de Kelvin) del CMB, que le dará el Nobel de Física de 2006 a George Smoot que las había previsto, (imprescindible su libro de divulgación “Arrugas en el tiempo”) El descubrimiento fue portada en The New York Times y en otros muchos periódicos en el mundo, (La Vanguardia: La NASA obtiene pruebas de la creación del Universo)

Pero COBE no tenía precisión suficiente para elaborar el espectro de potencias. Me encanta este gráfico ¡¡ de 1997 !!

en el que se plantea lo que se podría hacer si se dispusiera de suficiente precisión: recogiendo 10 mil millones de datos de microondas del CMB se obtendría un mapa del cielo de 10 millones de puntos, de los que obtener el espectro de potencia con 10 mil valores y finalmente los 6 parámetros cosmológicos que caracterizan biunívocamente el modelo ΛCDM

Con esta idea, el 30 de junio de 2001 se lanza el satélite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que cumplirá las expectativas del esquema anterior y tomando medidas durante 9 años permitirá obtener los 6 valores cosmológicos con precisión por primera vez en la historia.

Finalmente el 14 de Mayo de 2009 se lanza el Satélite Planck, que repetirá las medidas de WMAP con mayor precisión aun, publicando en 2013, 2015 y 2018 los mejores valores de los parámetros cosmológicos de los que disponemos en la actualidad.

Estos parámetros cosmológicos publicados por la Colaboración Planck en 2018 se han deducido exclusivamente del CMB, es decir de un Universo de 385.000 años de edad compuesto exclusivamente de partículas elementales sin ninguna estrella ni galaxia todavía. Pero recordad que según explicábamos en "Nuevas medidas de la densidad de materia oscura obtenidas del Universo cercano coinciden con las inferidas a partir de medidas del satélite Planck del CMB", las medidas recientes efectuadas por The Dark Energy Survey (DES) estudiando galaxias en una esfera de 8.000 millones de años luz centrada en nosotros, (por lo tanto objetos del universo como mínimo 6.000 millones de años posteriores al CMB), conducen a parámetros cosmológicos del mismo valor que los obtenidos a partir del CMB, siendo por lo tanto una confirmación por dos vías independientes de que la Cosmología cuantitativa está en el buen camino.

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

Genial Alriga, un lujo contar contigo!!! Gracias.

[Alriga]

Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

¿... saben de algún modo ... que en el CMB la materia bariónica era un 5% ...?

Sí, calculando el espectro de potencias a partir de las medidas de las fluctuaciones de temperatura del CMB y utilizando el modelo ΛCDM, el Satélite Planck (2015) llega a la conclusión de que, en la composición energética actual del Universo el ratio de materia ordinaria (llamada materia bariónica en el argot de la Astrofísica), debe ser del 5%:

$\bold{\Omega_{b_0} = 0.049 \pm 0.001}$

Este es el gráfico del espectro de potencias obtenido por la Colaboración Planck. Nos fijamos en el gráfico superior, los puntos azules son las medidas y la línea roja el ajuste al modelo ΛCDM concordante.

Lo que yo creo saber sobre esta figura:

1. La posición en abcisas del pico que he marcado como “1” indica la curvatura del universo $\Longleftrightarrow$ densidad total. Si el pico (y en general toda la curva) estuviese más a la derecha el universo sería esférico y si estuviese más a la izquierda sería hiperbólico. En la posición en la que se encuentra, nos dice que el Universo es euclídeo (su densidad es la densidad crítica) con 3 cifras significativas:

$\Omega_{K_0} = 0.000 \pm 0.005 \ \Longleftrightarrow \ \Omega_0 = 1.000 \pm 0.005$

2. La relación de amplitudes, (en ordenadas) entre el pico 1 y el pico 3 proporciona la relación entre energía oscura Λ y materia total M, (oscura+bariónica) que junto con la condición (1) de que ambos ratios han de sumar 1 para que la curvatura sea cero, nos da:

$\Omega_{\Lambda_0} = 0.6911 \pm 0.0062$

$\Omega_{M_0} = 0.3089 \pm 0.0062$

3. La amplitud (ordenada) del pico 2 respecto de los picos 1 y 3 proporciona el ratio de materia bariónica

$\Omega_{b_0} = 0.049 \pm 0.001$

Eso deja para el ratio de densidad de materia oscura $\Omega_{dm_0} = 0.2599$

4. Finalmente, los niveles de amortiguamiento de los picos 4, 5, 6, … son los que han permitido reafirmar el modelo y ajustar con algo mayor precisión los valores que hemos dado para las Omegas.

Qué es el espectro de potencias de las fluctuaciones del CMB no es algo sencillo ni trivial (yo no lo domino), se puede encontrar una definición en castellano en Estimación del espectro de potencias del fondo cósmico de microondas con el método QML

Los motivos físicos de los porqué del espectro de potencias se puede deducir la curvatura y los ratios de energía del Universo se pueden consultar, por ejemplo en waynehu. Power Spectrum

Y aquí se puede jugar con un “Simulador de CMB” Planck CMB Simulator

• Clickar “Toggle power spectrum plot”
• Clickar “Toggle options”, hacer tick en “Normalise scale” y “x” para salir
• Con las barras de la izquierda se pueden simular diferentes composiciones energéticas de Universo.

Ese programa es de 2013, (antes de los últimos resultados de Planck que son de 2015), por eso hay pequeñas diferencias en los ratios respecto de los que yo he escrito antes. Para este programa de 2013, los valores de los ratios que hay que introducir en el programa para obtener lo que llama "100% de similitud con nuestro universo" son:

$\Omega_{b} = 0.05$

$\Omega_{DM} = 0.275$

$\Omega_{\Lambda} = 0.675$

Jugando con los valores de los ratios de densidad se ve cómo se desplazan los picos.

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

Hola Alriga , ahora teniendo el diario de ayer... como "predijeron, conocían, sabian ,detectaron, midieron, observaron o cualquier otro sinónimo" que habia antes de la noticia, un 5% de materia bariónica, si el 40% de ella, es decir el 2% de los 5% de ese total total no se sabia donde estaba, es decir saben de algún modo que yo nose que en el CMB la materia bariónica era un 5%.... por las mediciones actuales solo se habia localizado donde estaba actualmente el 3% , de eso va la noticia que se halló el 2 % faltante para completar el 5%...

[Alriga]

Los estudios del fondo cósmico de microondas (CMB) nos permiten calcular la cantidad de materia ordinaria (bariónica) que había en el Universo 380 mil años después del big-bang.

Las observaciones de galaxias muy tempranas permiten seguir la evolución de esta materia a lo largo de los primeros miles de millones de años de vida del Universo. Después, en cambio, parecía como si entre el 30 y el 40% de la materia bariónica hubiese desaparecido.

Si sumamos la materia de las estrellas en las galaxias, el gas interestelar, y el gas caliente que hay entre las galaxias de un mismo cúmulo, no se llega ni al 20% de toda la materia bariónica que debe haber.

Alrededor de un 30% adicional se había encontrado en forma de gas intergaláctico frío, y entre un 10 – 20% más en forma de gas intergaláctico templado-caliente, ocultos en los filamentos de la red cósmica, donde la materia es menos densa y, por lo tanto, más difícil de observar.

Se esperaba que ese 30 - 40% de materia bariónica faltante también estuviese en los filamentos cósmicos en forma de gas templado-caliente, pero hasta ahora no había podido ser corroborado.

Ayer apareció en Nature Observations of the missing baryons in the warm–hot intergalactic medium

En este estudio un equipo de astrónomos ha utilizado los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton de la ESA y Chandra de la NASA para observar los rayos X provenientes de un lejano cuasar que tardan más de 4 mil millones de años en llegar a nosotros.

Se observó el cuasar durante un total de 18 días, repartidos entre 2015 y 2017, la mayor observación de rayos X de una fuente de este tipo jamás llevada a cabo. Tras cribar los datos lograron hallar el marcador del oxígeno en el gas intergaláctico templado-caliente entre la Tierra y el cuásar, en dos puntos distintos a lo largo de la línea de visión: esto sucede porque ahí hay grandes depósitos de materia, incluido oxígeno, en la cantidad esperada, por lo que finalmente se ha podido cubrir el vacío existente en el balance de bariones del Universo.

Por fin este balance está completo en la siguiente figura para enmarcar:

Observemos que las estrellas y los planetas somos apenas un paupérrimo 7% de un miserable 5%, en total 7% x 5% = 0.35% del contenido energético total del Universo actual.

El estudio que he enlazado de Nature, finaliza el abstract con la categórica frase “…We conclude that the missing baryons have been found…” pero hay en marcha nuevos estudios de otras fuentes astronómicas para garantizar que estos hallazgos sean verdaderamente universales.

Información adicional en castellano en Un observatorio de rayos X encuentra el material perdido

Saludos.

ACTUALIZADO: (22/06/2018) Veo que La Mula Francis acaba de publicar también un post sobre el tema: Nuevas pruebas de que los bariones perdidos se encuentran en la web cósmica
(26/06/2018) También un interesante resumen en El extraño caso de la materia perdida