Divulgación El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

[Alriga]

De forma análoga a como los fotones se desacoplaron de la materia cuando el Universo tenía 380 mil años y una temperatura de unos 3000 K, el desacoplamiento de los neutrinos tuvo lugar cuando el Universo tenía aproximadamente 1 segundo de vida y su temperatura era de unos 14 millones de kelvin. Los neutrinos que volaron libres a partir de entonces, dejaron su huella 380 mil años después en el fondo cósmico de microondas CMB que se generó (no lo olvidemos) cuando el universo estaba compuesto aún de partículas elementales. Esa huella fue descubierta en los datos del satélite Planck en 2015: “A First Detection of the Acoustic Oscillation Phase Shift Expected from the Cosmic Neutrino Background” Por lo tanto, se considera que esa fue la primera detección (indirecta) y la confirmación de la existencia del Fondo Cósmico de Neutrinos CNB.

Pese a ello, en los últimos días ha aparecido en algunos medios un estudio reciente publicado en Nature como si fuese la primera detección del CNB. Lo relevante del estudio que acaba de publicar Nature titulado ”First constraint on the neutrino-induced phase shift in the spectrum of baryon acoustic oscillations” y que comenta La Ciencia de la Mula Francis, (”Primera observación indirecta del fondo cósmico de neutrinos en los datos de BOSS BAO DR12”) es que detecta la huella de los neutrinos de forma independiente del CMB. Detecta su huella estudiando parámetros ligados a las Oscilaciones Acústicas de Bariones de una muestra de 1.198.006 galaxias que nos envían su luz cuando el universo ya estaba formado por galaxias y tenía entre 7 mil millones y 11 mil trescientos millones de años de vida. Es decir, vuelve a detectar la huella del CNB como mínimo 7 mil millones de años después de que se generase el fondo cósmico de microondas (CMB). Detectar huellas del CNB en dos épocas tan distanciadas tanto en el tiempo como en la composición del Universo refuerza el modelo LambdaCDM basado en las Ecuaciones de Campo de la Relatividad General, confirmando una de sus predicciones.

Recordad que las dos detecciones del CNB que acabamos de comentar son ambas indirectas, hemos detectado sus huellas en dos épocas distintas del universo y mediante dos técnicas diferentes, pero no hemos detectado ningún neutrino del CNB directamente, a día de hoy aun no podemos hacerlo: la energía de los neutrinos del CNB que nos llegan ahora es menor de 1 mili electron-Volt y nuestros detectores de neutrinos más sensibles solo los detectan a energías de cientos de keV o superiores.

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

Hola Alriga , gracias como siempre, por publicar otro interesante post, me has dado un lindo quebradero de cabeza todo el día...

si parto de que

• los neutrinos tienen masa , por lo tanto no viajan a la velocidad de la luz, sino a menor velocidad como afirma el doble detector de neutrinos MINOS usando el haz NuMI del Fermilab.
• luego los fotones le ganan la carrera a los neutrinos, hasta nuestra posición.
• y que el espacio se expande, según el modelo $\lambda CDM$

me atrevo a estas conclusiones, que más bien son interrogantes, y las expongo para que la comunidad me de un pulgar arriba o abajo en este coliseo tecnológico.

• los neutrinos que partieron junto a los fotones del CMB aún no llegan a nosotros...
• a causa de que creo que los neutrinos de CNB son más lentos (menos energéticos) que los provenientes del millón de galaxias. Me atrevo a que hasta 1 millón de veces menos $\dfrac{1}{z^2}$, comparados los del sol, esto es debido a la expansión del espacio-tiempo.He visto que se los busca con distintos rangos de energía. Eso entiendo de las curvas azules y amarillas de un gráfico como este
  [*=center]
• Si eso es cierto, los neutrinos que hoy nos llegan partieron mucho más allá de nuestro universo observable....
• los neutrinos compartieron 378000 años con los fotones en la sopa de protones, neutrones y electrones antes del desacoplamiento, y si interactúan con la materia entonces la imagen del CNB debe ser similar a la del CMB.
• Pero otro modo si la interacción es extremadamente mínima, (una interacción por cada$\notcien{1}{36}$ átomos)entonces esta imagen, filtrada la proveniente de las galaxias, tiene que que revelar los rastros de ondas gravitacionales al término de la inflación, con mucha más precisión , es decir puede usarse para probar lo que Stephen Hawking predijo antes de su muerte y hablábamos aquí , ya se que detectarlos es extremadamente complejo, pero bueno algún día será noticia? o solo es scifi.

He entendido de que va la cosa?...Quizá para los entendidos en la historia de la detección de los neutrinos, es de perogrullo, pero para mi es un mundo nuevo.

Fuentes

https://masterclass.icecube.wisc.edu...cion_neutrinos
https://es.wikipedia.org/wiki/Astron...a_de_neutrinos
https://es.wikipedia.org/wiki/Nucleo...sis_primordial
https://francis.naukas.com/2015/07/1...los-neutrinos/

[Jaime Rudas]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

• los neutrinos tienen masa , por lo tanto no viajan a la velocidad de la luz, sino a menor velocidad [...]
• los neutrinos que partieron junto a los fotones del CMB aún no llegan a nosotros[...]
• Si eso es cierto, los neutrinos que hoy nos llegan partieron mucho más allá de nuestro universo observable....

Cuidado, si van más lento, significa que partieron más cerca del horizonte observable. Por otra parte, no estoy seguro de entender tus dudas, pero ten en cuenta que lo importante no es dónde se crearon ni a qué velocidad viajan esos neutrinos, sino cuándo se crearon, y ese cuándo es un segundo después del big bang, por lo que resultan siendo una fotografía de ese cuándo.

[Alriga]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

… los fotones le ganan la carrera a los neutrinos, hasta nuestra posición…

Sí, pero solo si el fotón y el neutrino han nacido en el mismo instante.

… los neutrinos que partieron junto a los fotones del CMB aún no llegan a nosotros ...

Ningún neutrino del CNB “partió” junto a ningún fotón de CMB. Todos los neutrinos del CNB nacieron a la vez cuando el Universo tenía 1 segundo, por lo tanto, todos esos neutrinos nacieron 380.000 años antes de que nacieran todos los fotones del CMB.

… los neutrinos que hoy nos llegan partieron mucho más allá de nuestro universo observable ...

Los neutrinos que se generaron cuando el universo tenía 1 segundo de vida y vemos justo ahora partieron de puntos una superficie esférica centrada en nosotros que estaba fuera del horizonte de partículas de entonces. Pero eso es irrelevante. Esos puntos estaban dentro del horizonte de sucesos de entonces, por eso ahora podemos observarlos.

Sucede lo mismo con los fotones del desacoplamiento. Los fotones del CMB que se generaron cuando el universo tenía 380 mil años de vida y vemos justo ahora, partieron de puntos una superficie esférica centrada en nosotros de radio 41.6 Maños-luz, que estaba fuera del horizonte de partículas de entonces que tenía un radio de 838 mil años luz. Pero eso es irrelevante. Esos puntos estaban dentro del horizonte de sucesos de entonces que medía 56.7 Maños-luz. Como 41.6 < 56.7 por eso ahora podemos observarlos.

El horizonte de partículas HP en un momento determinado de la vida del universo te dice la distancia en ese momento al objeto más lejano posible cuyos fotones (que partieron en el pasado) estás viendo en ese momento. El horizonte de partículas HP de un momento determinado del universo te “explica” cosas del pasado anterior a ese momento.

El horizonte de sucesos HS en un momento determinado de la vida del universo te dice la distancia en ese momento al objeto más lejano posible cuyos fotones (que parten ahora) te llegarán o no en el futuro. Si parten de un pelín más cerca del HS los veremos. Si parten de justo el HS o más lejos no los veremos nunca.
El horizonte de sucesos HS de un momento determinado del universo te “explica” cosas del futuro posterior a ese momento.

Saludos.

[Visitante]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

Hola Richard.
Creo que si usas los graficos de Lineweaver (Distancia comovil – Tiempo conforme)
y trazas las lineas de universo del Horizonte de particulas, CMB y CNB...(son lineas
verticales) y trazas la linea del cono de luz pasado (actual)...(es una linea recta con
pendiente m= - 1) y lo transformas en un grafico (Distancia propia – Tiempo propio)
vas a ver todo esto mucho mas claro y si tienes suficiente precision puedes calcular
espacios, tiempos, Z's, velocidades de recesion, etc...
Un saludo.

[Richard R Richard]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

ese cuándo es un segundo después del big bang, por lo que resultan siendo una fotografía de ese cuándo.

Clarísimo, me he expresado muy mal con los verbos "partir", cuando debería usar "pasan justo cuando un fotón libre en el desacoplamiento es re-emitido"

de ese modo el fotón llega primero que ese neutrino.

Sí, pero solo si el fotón y el neutrino han nacido en el mismo instante.

por la razones que has explicado dudo encontramos algún fotón que cumpla con ello, me refería más bien al hecho de que los neutrinos viajaban hacia nosotros antes del desacoplamiento. Por eso entiendo que es correcto lo siguiente que afirmas

Ningún neutrino del CNB “partió” junto a ningún fotón de CMB. Todos los neutrinos del CNB nacieron a la vez cuando el Universo tenía 1 segundo, por lo tanto, todos esos neutrinos nacieron 380.000 años antes de que nacieran todos los fotones del CMB.

Entiendo que , al desacoplarse los fotones , los neutrinos, estaban mas cerca nuestro(como observadores), y les lleva a los fotones 13800 millones de años en alcanzarlos (no se si ese es el dato más preciso, pero sirve de ejemplo)
y como los neutrinos tienen son de vida mas longeva,pues viajaron 378000 años a la casi a la velocidad de la luz antes de que el primer fotón se desacoplara, en ese tiempo podrían ser emitidos más lejos que la posición del primer fotón del CMB, no necesariamente mas cerca. Eso es lo que intuyo.

Cuando el universo tenía 1 segundo de vida el universo observable era muy pequeño, pongamos de 13000 años luz de radio. ¿Qué significa eso? Que el radio del horizonte causal de sucesos era de 13000 años luz. Para ver la implicación, situémonos en un punto cualquiera del universo de 1 segundo, (todos los puntos son equivalentes) al que llamamos punto de observación PO:

• Todo fotón que naciese (cuando el universo tenía 1 segundo) a una distancia menor de 13000 años luz de PO y volase hacia el PO, si nada se interfiere en su camino viajando a velocidad c, llegará a PO en un tiempo finito. (Notemos que con 1 segundo de vida el universo no es transparente a los fotones y en realidad ningún fotón físico llegaría)
• Todo fotón que naciese (cuando el universo tenía 1 segundo) a una distancia igual a 13000 años luz de PO y volase hacia el PO, si nada se interfiere en su camino viajando a velocidad c, llegará a PO en un tiempo infinito (se irían acercando siempre asintóticamente)

A partir de esto, ¿qué podemos decir de los neutrinos? Los neutrinos viajan a velocidad v menor que c. Eso significa que su “horizonte de neutrinos” no puede ser el causal de 13000 años luz de radio, sino que debe ser un poco menor. No sé cuál es, dependerá de v, pongamos que es 12000 años luz. Entonces:

• Los neutrinos que forman el FCN que nacieron cuando el universo tenía 1 segundo a una distancia menor de 12000 años luz de nosotros, nos irán llegando todos en tiempo finito. Los que nacieron a 12000 años luz o más lejos no llegarán nunca.

Saludos.

estoy intentando entenderte, pero veo algo que aun no comprendo. Los fotones son absorbidos y re-emitidos hasta un "segundo" antes del desacoplamiento , los anteriores no los vemos en el CMB ya que fueron absorbidos y vueltos a emitir en el último "segundo" y solo estos son los que lograron surcar el espacio libre, si quedaron algunos antiguos es muy pequeña cantidad. para ese instante los neutrinos estaban mucho mas cerca nuestro como dije, pero no entiendo porque necesariamente los neutrinos deberían nacer más cerca, puesto que tuvieron "378000 años menos 1 segundo" volando casi a "c" antes del desacoplamiento en un espacio de dimensiones muchísimo más reducidas, con escasa interacción casi con la materia.

Probablemente no entienda bien los distintos horizontes y eso me confunda ... pero creo entender o al menos me he hecho esa imagen mental, que los fotones del CMB no se crearon en el segundo 1 sino 378000 años después la última vez que se re-emitieron. Por eso me extraño siempre que los modos E y B de polarización de los fotones del CMB, se los use como elementos de prueba de la inflación, más sentido tiene este nuevo fondo el CNB, que solo es de solo un segundo después y con baja interacción con la materia.

Hola Richard.
Creo que si usas los graficos de Lineweaver (Distancia comovil – Tiempo conforme)
y trazas las lineas de universo del Horizonte de particulas, CMB y CNB...(son lineas
verticales) y trazas la linea del cono de luz pasado (actual)...(es una linea recta con
pendiente m= - 1) y lo transformas en un grafico (Distancia propia – Tiempo propio)
vas a ver todo esto mucho mas claro y si tienes suficiente precision puedes calcular
espacios, tiempos, Z's, velocidades de recesion, etc...
Un saludo.

Siempre que sale un hilo de estos le doy un nuevo vistazo a los gráficos, pero no todas las líneas de los gráficos las comprendo bien su por que... hace un rato me enteré o re enteré, que alguna era tangentes a los conos de luz, y se me aclaró algo el panorama pero bueno requiere que busque una traducción al español del artículo , que creo fue Jaime el que la compartió en su momento... así que será tarea para el fin de semana.

[Jaime Rudas]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

como los neutrinos tienen son de vida mas longeva,pues viajaron 378000 años a la casi a la velocidad de la luz antes de que el primer fotón se desacoplara, en ese tiempo podrían ser emitidos más lejos que la posición del primer fotón del CMB, no necesariamente mas cerca. Eso es lo que intuyo.

Ya veo a qué te refieres: si los neutrinos iniciaron su viaje 380.000 años antes que los fotones del fondo cósmico de microondas, podría ser que el horizonte de neutrinos esté más alejado que el del fondo de microondas. Para lo anterior, se requiere que la velocidad de los neutrinos sea mayor que 13800c/13800,38=0,99997c

requiere que busque una traducción al español del artículo , que creo fue Jaime el que la compartió en su momento... así que será tarea para el fin de semana.

Puedes verlo aquí.

[Visitante]

Re: El Fondo Cósmico de Neutrinos CNB (Cosmic Neutrino Background)

Hola.
Pensandolo mejor...Creo que las lineas de universo del CMB y del CNB
no pueden ser lineas verticales en el grafico Distancia comovil – Tiempo conforme...
Es decir:
- Ni el CMB ni el CNB son objetos radiantes estaticos como si fuesen galaxias.
- El CMB y el CNB son sucesos puntuales en el tiempo y extendidos por todo
el universo. Y por lo tanto, deberian ser lineas horizontales.
- Los fotones se desplazan a la velocidad de la luz pero los neutrinos se desplazan
a una velocidad inferior. Luego...el cono de 'luz' pasado de los neutrinos debe
ser ligeramente diferente del cono de luz pasado de los fotones. Y deben estar
representados por una linea recta de pendiente ligeramente inferior. (m_n = -1.00...1)
- Al final, transformar este grafico en Distancia propia – Tiempo propio es relativamente
facil.
Un saludo.