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

[Alriga]

...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,...

Comparto la noticia del reciente y triste fallecimiento de George Smoot. No sabía que formaba parte del Donostia International Physics Center (DIPC) en San Sebastián, España: In memoriam George Smoot (DIPC)

Aquí el resumen, en la web del Lawrence Berkeley Laboratory, de la histórica conferencia del 23 de Abril de 1992 en la que George Smoot fue el principal ponente (de lectura imprescindible para los interesados en Cosmología) LBL Physicist Discovers Fossil Relics of Early Universe

También interesante: Cosmic microwave background pioneer George Smoot dies aged 80 (PhysicsWorld)

Saludos.

[Alriga]

...para minimizar errores de salida de la anfitriona y de llegada a nuestra galaxia, deben aumentar el número de fuentes medidas, lo cual es difícil porque no hay más FRBs con galaxias anfitrionas conocidas todavía, en este estudio se han tenido que conformar con 6 FRBs...

Entiendo que cuando tengan más fuentes podrán eliminar mejor las incertidumbres en las dispersiones de salida y llegada y aislar mejor la dispersión debida exclusivamente al viaje intergaláctico, obteniendo mayor precisión en el valor final del ratio de materia bariónica...

Un nuevo estudio que se acaba de publicar en Nature Astronomy A gas-rich cosmic web revealed by the partitioning of the missing baryons ha realizado justamente eso, y ha confirmado los resultados anteriores aumentando la precisión:

...En el nuevo estudio, los investigadores analizaron 60 FRBs, ubicados desde unos 11,74 millones de años luz de distancia (FRB20200120E en la galaxia M81) hasta unos 9100 millones de años luz de distancia (FRB 20230521B, el FRB más distante registrado). Esto les permitió localizar la materia faltante en el espacio intergaláctico, o medio intergaláctico (IGM)...

...Los resultados han sido claros: aproximadamente el 76 % de la materia bariónica del Universo se encuentra en el IGM. Alrededor del 15 % reside en los halos galácticos, y una pequeña fracción se encuentra enterrada en estrellas o en medio del gas galáctico frío.

El "problema de los bariones desaparecidos", que data de décadas atrás, nunca se trató de si la materia existía o no, siempre se trató de: ¿Dónde están? Ahora, gracias a los FRBs, lo sabemos: tres cuartas partes de ellos flotan entre galaxias en la red cósmica. En otras palabras, los científicos ahora conocen la ubicación de la materia "desaparecida".

...Observad que con solo 6 FRBs con galaxia anfitriona medidos, la precisión que han obtenido aun no es demasiado buena, (~45% de la medida) :

$\boldsymbol{\Omega_b \ h_{70}=0.051_{-0.025}^{+0.021}}$

Entiendo que cuando tengan más fuentes podrán eliminar mejor las incertidumbres en las dispersiones de salida y llegada y aislar mejor la dispersión debida exclusivamente al viaje intergaláctico, obteniendo mayor precisión en el valor final del ratio de materia bariónica...

Según dice el abstract de este artículo de Nature:

$\boldsymbol{\Omega_b \ h_{70}=0.051_{-0.006}^{+0.006}}$

Y que la fracción bariónica total en el IGM es

$\boldsymbol{f_{IGM}=0.76_{-0.11}^{+0.10}}$

Un artículo divulgativo: A New GPS for the Intergalactic Medium: Astronomers Have Found the Home Address for Universe's "Missing" Matter

El pre-print de arxiv del documento científico antes del peer-review es: A gas rich cosmic web revealed by partitioning the missing baryons

Saludos.

[Richard R Richard]

Hola, un muy buen video de repaso....

es un resumen completo y muy claro de lo que hemos estado hablando por aquí, se ve que este muchacho nos lee seguido.

[Alriga]

Hola gaudius bienvenido a La web de Física, como miembro reciente, por favor, lee con atención Consejos para conseguir ayuda de forma efectiva

... el espectro del fondo cósmico de microondas esta tomado a z aproximadamente = 1000 ... Quiero decir que el espectro del fondo cósmico de microondas refleja parámetros a z = 1000 y no a z = 0 y esto no lo entiendo ...

En efecto, las medidas del CMB proporcionan los valores cosmológicos a z=1089.8 Pero la resolución de las Ecuaciones de Friedman (basadas en la Relatividad General + las hipótesis de homogeneidad e isotropía = Modelo ΛCDM) permiten calcular los parámetros cosmológicos a cualquier otro “z” a partir de los valores a z=1089.9

Eso es lo que hacen, a partir de los valores medidos en z=1089.8 (cuando el universo tenía 372 mil años), calculan aplicando el modelo ΛCDM cuáles son los valores ahora, (z=0 cuando el universo tiene 13787 millones de años)

No son cálculos supersencillos al alcance de aficionados. Un resumen de cómo se hacen esos cálculos, con múltiples referencias a los papers básicos teóricos en los que se apoyan, está en los capítulos 1, 2 y 3 de Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters

Saludos.

[gaudius]

Hola a todos.
Estoy leyendo hilos que me interesan y hay algo en el mensaje nº 3 que no entiendo bien.
Alriga dice que los picos acusticos del espectro del fondo cosmico de microondas sirven
para determinar ciertos parametros como la curvatura, el parametro de densidad de bariones,etc.
Segun esto se deduce que la curvatura es proxima a 0 y que el parametro de densidad de
bariones actual es proximo a 0.3.
Pero es que el espectro del fondo cosmico de microondas esta tomado a Z aproximadamente = 1000 y si tomamos cualesquiera valores de los parametros de densidad actuales, siempre la curvatura a Z = 1000 sera proxima a cero.
Y
Si el parametro de densidad de bariones actual es proximo a 0.3, este parametro a Z = 1000
deberia ser mucho mayor. Del orden de 0.8. ¿Que se deduce, 0.3 o 0.8?
Quiero decir que el espectro del fondo cosmico de microondas refleja parametros a
Z = 1000 y no a Z = 0 y esto no lo entiendo.

[Alriga]

Hoy la Mula Francis publica un artículo sobre el tema, aunque 3 días más tarde que La web de Física

... para minimizar errores de salida de la anfitriona y de llegada a nuestra galaxia, deben aumentar el número de fuentes medidas, lo cual es difícil porque no hay más FRBs con galaxias anfitrionas conocidas todavía, en este estudio se han tenido que conformar con 6 FRBs ...

Dice Francis "... La solución al problema de los bariones perdidos ... Las enigmáticas ráfagas rápidas de radio (FRBs por Fast Radio Bursts) podrían ayudar a resolver el problema; para ello sería necesario determinar la galaxia que aloja la fuente de unas cien FRBs..."

El artículo es Hacia la solución al problema de los bariones perdidos usando ráfagas rápidas de radio (FRBs)

Saludos.

[Richard R Richard]

Hola Alriga, sucede que como uno es un improvisado en la materia elucubra más de lo que se debe en su afán por comprender... pero a la vez entiendo que tampoco puedo andar desviando la razón de ser de cada hilo, para que me entere de lo que nunca he estudiado en profundidad...
Pero bueno hay ciertos cabos sueltos que a veces te parecen se unen con alguna pregunta mas o menos simple y allí me embarco, a veces entiendo que no se sepan todas las respuestas o interpreto que puedo llegar a ser molestia por redundar o por lo ingenuo del comentario.

Si he comprendido algo del hilo es que, ciertas emisiones de alta frecuencia como son los pulsares, exitan a la materia bariónica, en especial se busca la traza de oxígeno. Luego con ello han dispuesto un método para detectar ese rango de frecuencias, provenientes de un efecto de la dispersión de esa radiación por la absorción y reemisión de fotones a lo largo toda la longitud del viaje hacia nosotros. Como el marcador de frecuencia a la que se desexita el oxigeno tiene un valor fijo (banda ), cuando se recibe en tierra la frecuencia esperada pero corrida al rojo, podemos inferir la distancia a la que estaban esos átomos de oxigeno a través del modelo $\lambda CDM$, y en función de la intensidad, imagino que pueden calcular la cantidad de materia total que se atravesó en el viaje, y de allí inferir la densidad de bariones....

Pero claro entiendo los FRB son otro tipo de radiación de alta energía que permiten hacer también el mismo tipo de cálculo, y corroborar el método anterior con los púlsares...

como los DM locales de entrada y salida varían en función de la dirección que viene el FRB, * es muy prematuro hacer cálculos más precisos.

* porque el camino atraviesa, mas longitud de nuestra propia galaxia, o más halo de nuestra propia galaxia, o porque el punto de emisión de la galaxia es mas o menos profundo en la galaxia emisora,e incluso también si atraviesa su halo.

Como en otros hilos los omegas son mi kriptonita, pregunto solo cuando creo que he generado anticuerpos... oops se me colo la pandemia en mi mundo DC.

Mas o menos la llevo no?

Lo curioso sigue siendo que sin un valor definitivo de $H_o$ todo resultado experimental deba permanecer atado al resultado de la medición de lo más básico.

Saludos

[Alriga]

No te flageles Richard, no es justo. Tal como está redactado en la Wikipedia, es completamente normal pensar como tú lo has hecho. Gracias por tu contribución a aclarar el tema, saludos.

[Richard R Richard]

Efectivamente peras y manzanas gracias, también he aprendido algo nuevo. Quizá cuando me atreva a comentar algo al respecto solo meta la pata hasta la rodilla y no hasta el cuadril como de costumbre.

[Alriga]

... mírate https://es.wikipedia.org/wiki/Planck_(sat%C3%A9lite)

en el 2013 y 2015 la densidad era $0.02222$

Hola Richard, gracias por tu interés. El quid de la cuestión está en observar que el valor de 0.02222 que da esa tabla de la Wikipedia para 2015 no es directamente el ratio de materia bariónica aunque diga "Densidad de los bariones", sino que lo que realmente da es el producto:

$\Omega_b h^2=0.02222$

En donde

$h=\dfrac{H_0}{100}$

$H_0$ es la constante de Hubble en (km/s)/Mpc, cuyo valor aparece más abajo en la misma tabla $H_0=67.31$

Si hacemos las operaciones:

$\Omega_b=\dfrac{0.02222}{h^2}=\dfrac{0.02222}{\left (\dfrac{67.31}{100}\right )^2}=0.049$

Observa también que en el paper A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts el valor que realmente dan es:

$\Omega_b h_{70}=\Omega_b \ \dfrac{H_0}{70}=0.051_{-0.025}^{+0.021}$

Por eso dije, aunque admito que quizás de manera poco clara:

... El resultado que han obtenido, en relación a una constante de Hubble normalizada a 70 (km/s)/Mpc es de $\boldsymbol{\Omega_b=0.051_{-0.025}^{+0.021}}$

Saludos.

[Richard R Richard]

Hola Alriga, dices (o mejor dicho el paper que presentas dice) que la medida $\boldsymbol{\Omega_b=0.051_{-0.025}^{+0.021}}$ es compatible con las mediciones de Planck ... pero mirate

https://es.wikipedia.org/wiki/Planck_(sat%C3%A9lite)

en el 2013 y 2015 la densidad era $0.02222\pm....$ , estoy probablemente comparando peras con mazanas?, o nuevamente el que esté actualizando la wikipedia, le erra a los datos...


edito: en el hilo https://forum.lawebdefisica.com/foru...ante-de-hubble el ratio era 0.0486...

tienes idea a que se deben las discrepancias?

[Alriga]

... la dispersión de las ondas de radio debido a la materia bariónica debería ser mucho mayor dentro de las galaxias (en la de salida, o en la nuestra), que en el espacio intergaláctico ... Entiendo que en el análisis detallado tendrán cuenta este efecto, y observarán un aumento de la dispersión en función de la distancia, que solo pueda explicarse como debido a la materia bariónica intergaláctica.

Sí, entiendo que hacen exactamente lo que tú dices, y que para minimizar errores de salida de la anfitriona y de llegada a nuestra galaxia, deben aumentar el número de fuentes medidas, lo cual es difícil porque no hay más FRBs con galaxias anfitrionas conocidas todavía, en este estudio se han tenido que conformar con 6 FRBs. En el abstract dicen:

We augment the sample of published arcsecond-localized FRBs with a further four new localizations to host galaxies which have measured redshifts of 0.291, 0.118, 0.378 and 0.522, completing a sample sufficiently large to account for dispersion variations along the line of sight and in the host galaxy environment to derive a cosmic baryon density

Y dan detalles y referencias de como lo hacen en las páginas 3, 4 y 5 del paper A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts (arxiv pdf)

Physically, we expect $DM_{FRB}$ to separate into four primary components

$$DM_{FRB}=DM_{MW,ISM}+DM_{MW,halo}+DM_{cosmic}(z)+DM_{host}(z)$$

DM significa Dispersion Measures, z es el desplazamiento al rojo y los subíndices significan:

FRB = Fast Radio Burst

MW,ISM = Milky Way InterStelar Medium

MW,halo = Milky Way Halo

cosmic = la dispersión intergaláctica objetivo

host = la de la galaxia anfitriona

Only $DM_{cosmic}$, determined by its path length through the intergalactic medium and the increase in baryon density with look-back time, is expected to have a strong redshift dependence, although $DM_{host}$ is weighted by $(1 + z_{FRB})^{-1}$ and may correlate with age, e.g. if host galaxies have systematically lower mass at earlier times...

Observad que con solo 6 FRBs con galaxia anfitriona medidos, la precisión que han obtenido aun no es demasiado buena, (~45% de la medida) :

$\boldsymbol{\Omega_b \ h_{70}=0.051_{-0.025}^{+0.021}}$

Entiendo que cuando tengan más fuentes podrán eliminar mejor las incertidumbres en las dispersiones de salida y llegada y aislar mejor la dispersión debida exclusivamente al viaje intergaláctico, obteniendo mayor precisión en el valor final del ratio de materia bariónica.

Saludos.

[carroza]

Mediante el Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP, un array de 36 radiotelescopios parabólicos de 12 m cada uno) han analizado 6 FRBs situados respectivamente en galaxias anfitrionas a z=0.1178, 0.291, 0.3214, 0.378, 0.4755 y 0.522 que corresponden a distancias en miles de millones de años luz de 1.65, 3.91, 4.28, 4.96, 6.08 y 6.59

Los FRBs son dispersados por la materia bariónica intergaláctica en su camino a la Tierra y el análisis de esa dispersión permite calcular la densidad de bariones que las ondas de radio han encontrado en su camino. El resultado que han obtenido, en relación a una constante de Hubble normalizada a 70 (km/s)/Mpc es de $\boldsymbol{\Omega_b=0.051_{-0.025}^{+0.021}}$ una medida independiente, consistente con Planck y con las medidas a partir de Rayos X.

Gracias, Alriga. Muy interesante, como siempre. Una duda que me surgió, es que la dispersión de las ondas de radio debido a la materia bariónica debería ser mucho mayor dentro de las galaxias (en la de salida, o en la nuestra), que en el espacio intergaláctico, simplemente porque hay muchos más bariones dentro de las galaxias que fuera. Entiendo que en el análisis detallado tendrán cuenta este efecto, y observarán un aumento de la dispersión en función de la distancia, que solo pueda explicarse como debido a la materia bariónica intergaláctica.

Un saludo

[Alriga]

En los post #1 y #6 del hilo explicábamos que dos equipos científicos independientes habían utilizado los telescopios espaciales de rayos X Chandra de la NASA y XMM-Newton de la ESA para observar los rayos X provenientes de dos lejanos cuasars diferentes, que tardan más de 3.5 mil millones de años en llegar a nosotros, para calcular la cantidad de materia bariónica en el universo, llegando a la conclusión que es $\boldsymbol{\Omega_b=0.05}$ en acuerdo con los medidas efectuadas por el satélite Planck en el Fondo Cósmico de Microondas.

Por otro lado, decíamos hace un año en relación a los Fast Radio Burst (FRB) :

... la estandarización en la precisión de la ubicación permitiría utilizar FRBs como “sondas” que revelen la cantidad de materia bariónica que hallan a su paso, para mejorar medidas similares a las realizadas con rayos X procedentes de cuásars, es decir aparece un método completamente nuevo para medir la cantidad de materia en el cosmos ...

Se trataba de una predicción que se ha confirmado, ya que ayer apareció en Nature A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts (Nature). Es un experimento interesantísimo en el que un nuevo equipo de astrónomos especialistas en radiofrecuencia calcula el ratio de materia bariónica analizando lejanos Fast Radio Burst (FRBs), es decir Ondas de Radio en vez de rayos X, por lo tanto con una energía de los fotones (f ~ 1 GHz) analizados 7 órdenes de magnitud inferior a la de los rayos X

Mediante el Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP, un array de 36 radiotelescopios parabólicos de 12 m cada uno) han analizado 6 FRBs situados respectivamente en galaxias anfitrionas a z=0.1178, 0.291, 0.3214, 0.378, 0.4755 y 0.522 que corresponden a distancias en miles de millones de años luz de 1.65, 3.91, 4.28, 4.96, 6.08 y 6.59

Los FRBs son dispersados por la materia bariónica intergaláctica en su camino a la Tierra y el análisis de esa dispersión permite calcular la densidad de bariones que las ondas de radio han encontrado en su camino. El resultado que han obtenido, en relación a una constante de Hubble normalizada a 70 (km/s)/Mpc es de $\boldsymbol{\Omega_b=0.051_{-0.025}^{+0.021}}$ una medida independiente, consistente con Planck y con las medidas a partir de Rayos X.

El pre-print de arxiv se puede consultar gratuito en A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts (arxiv).

Saludos.

[Alriga]

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

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

Muy interesante, se acaba de publicar que el experimento de detección de la materia bariónica perdida ha sido replicado por un equipo de científicos completamente diferente al anterior y utilizando un cuásar diferente. Mientras que el primer estudio, detallado en el post#1, utilizó el cuásar 1ES 1553+113 (la luz tarda 4 mil millones de años en llegar desde él) el nuevo estudio ha utilizado un cuásar algo más cercano, el H 1821+643 (la luz tarda 3.5 mil millones de años en llegar desde él)

Y las conclusiones a las que se ha llegado son las mismas que en el estudio precedente: la materia bariónica que faltaba está en forma de gas intergaláctico caliente ("warm-hot intergalactic medium" o WHIM) oculto en los filamentos de la red cósmica:

Información nivel divulgación en inglés en: Where is the Universe Hiding its Missing Mass? (Chandra X-Ray Observatory)

Y el estudio científico: Detection of the Missing Baryons toward the Sightline of H1821+643

Saludos.