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

  1. #1
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    Predeterminado ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

    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.

    Nombre:  Newton.jpg
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    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:

    Nombre:  Materia barionica.jpg
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    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
    Última edición por Alriga; 15/07/2019 a las 08:53:17. Razón: Presentación

  2. 9 usuarios dan las gracias a Alriga por este mensaje tan útil:

    arivasm (21/06/2018),guibix (15/02/2019),Jaime Rudas (21/06/2018),Lorentz (21/06/2018),Maq77 (24/06/2018),Phys (22/06/2018),Richard R Richard (21/06/2018),Sagitario A (22/06/2018),The Higgs Particle (22/06/2018)

  3. #2
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    Predeterminado 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%...
    Última edición por Richard R Richard; 22/06/2018 a las 00:05:00.

  4. #3
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    Predeterminado Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

    Cita Escrito por Richard R Richard Ver mensaje
    ¿... saben de algún modo ... que en el CMB la materia bariónica era un 5% ...?
    , 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 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.


    Nombre:  Espectro CMB.png
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    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.
    Última edición por Alriga; 15/07/2019 a las 08:53:53. Razón: Presentación

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    arivasm (22/06/2018),Jaime Rudas (22/06/2018),Richard R Richard (22/06/2018)

  6. #4
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    Predeterminado Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

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

  7. #5
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    Predeterminado 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 !!

    Nombre:  CMB.jpg
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    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.

    Nombre:  Cobe Wmap Planck.jpg
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    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.
    Última edición por Alriga; 08/03/2019 a las 11:43:20. Razón: Presentación

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    arivasm (22/06/2018),Jaime Rudas (22/06/2018),Maq77 (24/06/2018),Richard R Richard (23/06/2018)

  9. #6
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    Predeterminado Re: ¡¡ Se completa el balance de materia bariónica del Universo !!

    Cita Escrito por Alriga Ver mensaje
    ... 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.

    Nombre:  Newton.jpg
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    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)

    Nombre:  Cuasar.png
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    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.
    Última edición por Alriga; 08/03/2019 a las 11:40:57.

  10. 4 usuarios dan las gracias a Alriga por este mensaje tan útil:

    carroza (16/02/2019),Fortuna (16/02/2019),Jaime Rudas (15/02/2019),Julián (16/02/2019)

  11. #7
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    Predeterminado eROSITA el telescopio espacial de Rayos X para estudiar la estructura a gran escala en el Universo

    Atención: si todo va bien en apenas 10 días, el próximo 12 de julio, se lanzará al espacio hacia una órbita de halo en torno a Lagrange L2 Sol-Tierra el Telescopio de Rayos X "eROSITA" cuya misión es cartografiar todo el cielo en rayos X en el rango 0.3-10 keV con una resolución espectral y angular sin precedentes, estudiar la estructura a gran escala en el Universo y averiguar si la energía oscura corresponde a la Constante Cosmológica de Einstein o sigue una ecuación de estado más complicada. Los principales objetivos científicos son:

    • Detectar el medio intergaláctico caliente de entre 50-100 mil cúmulos y grupos de galaxias, y el gas caliente en filamentos entre cúmulos para mapear la estructura a gran escala en el Universo para el estudio de la evolución de la estructura cósmica.
    • Detectar sistemáticamente todos los agujeros negros en los núcleos de galaxias cercanas e identificar muchos nuevos núcleos galácticos activos distantes, (hasta 3 millones nuevos)
    • Estudiar en detalle la física de las poblaciones de fuentes de rayos X galácticas, como las estrellas de la pre-secuencia principal, los restos de supernovas y los binarios de rayos X y estrellas de neutrones.

    Los cúmulos de galaxias están compuestos por hasta varios miles de galaxias que se mueven a diferentes velocidades dentro de un campo gravitacional común. En su interior, estas estructuras están permeadas por un gas fino y extremadamente caliente que se puede observar a través de sus emisiones de rayos X. Aquí es donde entran en juego los "ojos" de rayos X de eROSITA. Permitirán observar los cúmulos de galaxias y ver cómo se mueven en el universo y, sobre todo, lo rápido que viajan: el objetivo es que la caracterización de este movimiento nos diga más sobre la energía oscura: Studying Dark Energy with eROSITA Galaxy Clusters

    La misión está muy bien explicada en el vídeo:


    Esta es la web de la misión eROSITA y aquí todos los detalles técnicos: eROSITA Science Book: Mapping the Structure of the Energetic Universe

    Si todo va bien, eROSITA estudiará la energía oscura con 2 años de ventaja respecto de la misión Euclid de la ESA que tiene el mismo fin pero observando en longitud de onda más larga, (visible-infrarrojo)

    Estaremos atentos, saludos.

    ACTUALIZADO: El lanzamiento se ha realizado con éxito el 13/07/2019

    Nombre:  D_WxHAnX4AA1JOI.jpg
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    Última edición por Alriga; 13/07/2019 a las 17:27:39. Razón: Actualizar

  12. 3 usuarios dan las gracias a Alriga por este mensaje tan útil:

    Fortuna (03/07/2019),Jaime Rudas (02/07/2019),Richard R Richard (03/07/2019)

  13. #8
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    Predeterminado Re: eROSITA el telescopio espacial de Rayos X para estudiar la estructura a gran escala en el Universo

    Cita Escrito por Alriga Ver mensaje
    … se lanzará al espacio hacia una órbita de halo en torno a Lagrange L2 Sol-Tierra el Telescopio de Rayos X "eROSITA" cuya misión es cartografiar todo el cielo en rayos X en el rango 0.3-10 keV con una resolución espectral y angular sin precedentes, estudiar la estructura a gran escala en el Universo y averiguar si la energía oscura corresponde a la Constante Cosmológica de Einstein o sigue una ecuación de estado más complicada…
    ACTUALIZADO: El lanzamiento se ha realizado con éxito el 13/07/2019
    El telescopio eROSITA va a bordo del satélite Spektr-RG que también incorpora el telescopio ruso de rayos X “ART-XC” (Astronomical Roentgen Telescope – X-ray Concentrator) que opera en el rango 6–30 keV

    Nombre:  ART-XC.jpg
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    Nombre:  eROSITA.jpeg
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    Nombre:  eRosita ART.png
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    Hoy Daniel Marin publica un post sobre el tema: Lanzamiento del observatorio espacial ruso Spektr-RG

    Saludos.
    Última edición por Alriga; 15/07/2019 a las 08:50:19.

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