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AlbertR

Inflación Cosmológica, Ondas Gravitacionales Primordiales y Modos B

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AlbertR

1. INTRODUCCION


Si la inflación cósmica existió, cuando finalizó, (justo antes del recalentamiento, o sea justo antes de la generación de las partículas elementales que han formado nuestro Universo actual), solo había dos interacciones relevantes en ese momento, la del propio campo inflatón y la gravitacional. Ambas dejaron su huella en la materia que se formó en el recalentamiento, las fluctuaciones cuánticas del inflatón (un campo escalar) generaron anisotropías en la densidad del universo de partículas que aparecieron en el recalentamiento, y las fluctuaciones de la gravedad, (un campo tensorial) ondas gravitacionales primordiales asociadas a estas últimas anisotropías.
Cuando 380.000 años después del fin de la inflación, los fotones se desacoplaron de la materia y empezaron a volar libres por el universo, (hasta ser detectados actualmente como fondo cósmico de microondas CMB), interaccionaron con esas anisotropías, que les dotaron de cierto grado de polarización.
Los residuos del campo inflatón (fluctuaciones escalares) produjeron en el CMB polarización en “Modo E” de los fotones, mientras que las fluctuaciones tensoriales de las ondas gravitacionales primordiales, produjeron polarización en “Modo B
Buscar esta polarización en el CMB se convirtió por lo tanto en un importante objetivo para comprobar si se cumplen o no las previsiones del modelo inflacionario.
Imagen

 

Los modos E fueron detectado por el Degree Angular Scale Interferometer DASI  en 2002 y aunque son concordantes con la Inflación, no son exclusivos de ella.
Detectar los Modos B primordiales es mucho más difícil, pues son mucho más débiles, pero su detección sí representaría evidencia de la Inflación, pues no existe interpretación alternativa de su existencia que no sean las ondas gravitacionales generadas por la inflación.
Para complicar el tema, en su camino hasta nosotros los fotones del CMB han sufrido una polarización en Modo B secundaria originada por las microlentes gravitacionales, que hay que “restar” de los modos B primordiales. Estos modos B secundarios fueron detectados en 2013 por el Telescopio del Polo Sur (SPT) (Detection of B-mode Polarization in the Cosmic Microwave Background with Data from the South Pole Telescope)  y confirmados en 2014 por POLARBEAR: A Measurement of the Cosmic Microwave Background B-Mode Polarization Power Spectrum at Sub-Degree Scales with POLARBEAR

 

A partir de aquí, es conocida la historia de la detección fallida en 2014 de los modos B primordiales por parte de Bicep2  y la búsqueda actual de ellos por Bicep3. Es importante no solo detectar los modos B que probarían la inflación, sino también su magnitud, que se mide por el valor “r” que es el cociente entre la magnitud de B y la magnitud de los modos E. El valor de “r” permitiría discriminar entre diferentes tipos de inflación: los diferentes tipos de inflación se diferencian entre ellos por las diferentes expresiones que puede tener el potencial “V(X)” en función del campo inflatón “X”


2. LA NOTICIA DEL DIA

 

De momento ni rastro de los Modos B. Únicamente han conseguido determinar que si existen son muy pequeños. Se acaba de publicar un estudio conjunto de BICEP2/Keck con datos recogidos hasta 2015 (BK15) que concluye que el ratio r = Modos B / Modos E es r < 0.072 al 95% CL que combinado con resultados de Planck (BKP15) da r < 0.062 al 95% CL. Han combinado los datos BK15 de 17 años de observación a 150 GHz, con 4 años a 95 GHz y 2 años a 220 GHz, así como los datos de WMAP9 y Planck 2018 de 23 GHz y 353 GHz.


El estudio es: BICEP2 / Keck Array x: Constraints on Primordial Gravitational Waves using Planck, WMAP, and New BICEP2/Keck Observations through the 2015 Season
Ver también información adicional en: Searching for Primordial Gravitational Waves with the BICEP/Keck Telescopes

 

No hay que perder la esperanza, el observatorio BICEP3 empezó a tomar datos en Junio de 2015, es más sensible que BICEP2 y de momento no ha publicado resultados.

 

Aunque Francis Villatoro es pesimista y dice
"...hay pocas esperanzas de que BICEP3 (que toma datos desde 2016 con 2560 detectores a 95 GHz), e incluso el futuro BICEP Array (que se instalará en 2020) logren observar los modos B cosmológicos, ni siquiera con el apoyo de QUIJOTE y otros instrumentos similares. Habrá que esperar al megaproyecto CMB-S4 cuyos resultados llegarán a partir de 2025..." y también "...todo apunta a que habrá que esperar a telescopios espaciales específicos para lograr observar los modos B cosmológicos..."

 

El post de Francis sobre el tema es: Nuevo límite de exclusión de BICEP2/Keck para las ondas gravitacionales primordiales (r < 0.062 al 95% CL)

 

La confirmación definitiva de la Inflación Cosmológica tendrá que esperar de momento ... ☹️

 

Saludos.
 

Edited by AlbertR
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sfellero

Qué interesante, desconocía completamentamente qué se estaba buscando exactamente con los BICEP.

 

Saludos.

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grbengo

Hola AlbertR,

Súper interesante tu post con las novedades de BICEP/Keck.

Puesto que pareces interesado en estos asuntos, para los no entendidos del tema, permitime hacer unas pequeñas correcciones / comentarios aclaratorios de algunas cosas, ya que justo tiene que ver con el área en la que trabajo.

 

On 23/10/2018 at 11:29, AlbertR dijo:

solo había dos interacciones relevantes en ese momento, la del propio campo inflatón y la gravitacional. Ambas dejaron su huella en la materia que se formó en el recalentamiento, las fluctuaciones cuánticas del inflatón (un campo escalar) generaron anisotropías en la densidad del universo de partículas que aparecieron en el recalentamiento, y las fluctuaciones de la gravedad, (un campo tensorial) ondas gravitacionales primordiales asociadas a estas últimas anisotropías.

 

Los campos (todos) están siempre presentes. Lo que pensamos es que la energía del inflatón era la que dominaba sobre los otros en esa época. Las fluctuaciones cuánticas del inflatón son las que generan la perturbación en la curvatura. Las inhomogeneidades en la materia son un proceso posterior.

 

On 23/10/2018 at 11:29, AlbertR dijo:

Los residuos del campo inflatón (fluctuaciones escalares) produjeron en el CMB polarización en “Modo E” de los fotones, mientras que las fluctuaciones tensoriales de las ondas gravitacionales primordiales, produjeron polarización en “Modo B

 

Hay una cuestión ahí... En realidad no son (citando) los "residuos" del inflatón los que producen Modo E de polarización. Las inhomogeneidades en la densidad de la radiación, si tienen cierta distribución, son las que generan polarización E al colisionar con los electrones libres en esa época de recombinación.

Por otro lado, yo no hablaría de "fluctuaciones de la gravedad". Todo aquí es gravedad. El campo gravitacional tiene perturbaciones escalares y tensoriales. Las perturbaciones tensoriales son las ondas gravitacionales. Esas perturbaciones tensoriales modifican la distribución de los fotones del CMB de tal manera que producen polarización del tipo B.

 

On 23/10/2018 at 11:29, AlbertR dijo:

Es importante no solo detectar los modos B que probarían la inflación, sino también su magnitud, que se mide por el valor “r” que es el cociente entre la magnitud de B y la magnitud de los modos E.

 

Sobre esto dos cosas: el parámetro "r" mide el cociente entre las perturbaciones tensoriales y las perturbaciones escalares a la curvatura. No es el cociente entre modos B y modos E.

Detectar los modos B daría un gran sustento a CIERTOS modelos de inflación. Pero su detección no implica (para ser estrictos científicamente) que inflación queda PROBADA. Siempre puede surgir algún modelo alternativo que explique los modos B y quizás sin inflación. Algunas personas trabajan intentando modelar el comienzo del universo sin inflación.

 

Abrazo!

Gabriel

 

 

 

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AlbertR

Buenísima noticia: La Agencia Japonesa del Espacio (JAXA) ha aprobado como misión estratégica el telescopio espacial LiteBIRD, un telescopio espacial para intentar observar los modos B resultado de la inflación cósmica en la polarización del fondo cósmico de microondas CMB. Pretenden que el lanzamiento sea en 2027 hacia una órbita de halo alrededor de Lagrange L2 Sol-Tierra en donde permanecería observando durante 3 años.

 

Estoy contento porque estos japoneses de JAXA últimamente han demostrado ser muy buenos, recordad que "lo están petando" con la misión Hayabusa2. Espero que ahora tengan la misma suerte, la web del proyecto es LiteBIRD

Buena información y detalles técnicos, como siempre, en la web de Francis: JAXA ha aprobado la misión LiteBIRD para buscar modos B en la polarización del CMB o en la de Daniel Marín: LiteBIRD, un satélite japonés para estudiar el fondo cósmico de microondas

 

Lástima que estas misiones sean siempre tan complicadas, que se tardan muchos años desde la aprobación hasta el lanzamiento, y a los que nos quedan muy probablemente menos años de vida que los que ya tenemos, nos provoca un plus de ansiedad e impaciencia ☹️

 

Saludos.

Edited by AlbertR
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    • AlbertR
      By AlbertR
      Dentro de 2 años, en junio de 2022, está previsto el lanzamiento del Telescopio Espacial Euclid de la Agencia Europea del Espacio (ESA) mediante un cohete Soyuz-Fregat desde la Kouru en Guayana Francesa. Euclid se ubicará en una órbita de halo en torno al punto de Lagrange L2 Sol-Tierra, que se halla a 1.5 millones de km de la Tierra. La duración de la misión será de 6.25 años y se explorarán 15 mil grados cuadrados de cielo.



      Euclid “A space mission to map the Dark Universe” es la próxima misión de la ESA destinada a estudiar la energía oscura y la materia oscura, los componentes mayoritarios de nuestro Universo.
      Euclid es un satélite grande, de 2200 kg, 4.5 m de longitud y 3.1 m de diámetro. El componente principal es un telescopio cuyo espejo principal es de 1.2 metros de diámetro (como comparación el del Hubble tiene 2.4 metros). Euclid es más pequeño que otros proyectos de telescopios espaciales, pero con sensibilidad hasta magnitud aparente 26.5, de tamaño suficiente para estudiar la energía oscura y la materia oscura. La óptica es de tipo Korsch con tres espejos, para dirigir la luz a los dos instrumentos del telescopio, Visual Imager (VIS) y Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP)
       
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      El 18 de Diciembre de 2018 Euclid anunció que había pasado su revisión crítica de diseño, que verificó que la arquitectura general de la misión y el diseño detallado de todos sus elementos están completos, lo que despejó el camino para comenzar a ensamblar toda la nave espacial.
       
      Ayer el Consorcio Euclid publicó que además del barrido "normal" de 15000º cuadrados de cielo previsto, en particular el satélite estudiará 3 “campos profundos” zonas extremadamente oscuras con el objetivo de encontrar allí objetos débiles y raros. Son 2 zonas en el hemisferio sur y una en el norte marcadas en amarillo en la imagen. La zona marcada en azul es la correspondiente al barrido “normal” que realizará Euclid. Observad que se evitan zonas dominadas por las estrellas del plano de la Vía Láctea y zonas en torno a la eclíptica por el polvo difuso en el Sistema Solar (luz zodiacal), además de evitar la Nube Mayor de Magallanes.
       


      No dejéis de visitar la web de la misión: Euclid Consortium. A space mission to map the Dark Universe
       
      Estaremos atentos, saludos.
    • AlbertR
      By AlbertR
      Aunque el Universo está lleno de “pruebas” astronómicas de la existencia de la Materia Oscura: curvas de rotación galáctica, cohesión en los cúmulos galácticos, colisiones de cúmulos de galaxias (como el cúmulo bala), espectro de potencias de las anisotropías del CMB, lentes gravitacionales, oscilaciones acústicas de bariones, … todas estas pruebas son indirectas, se basan en la detección de efectos gravitatorios a gran escala producidos por la materia oscura. Desde hace ya bastantes años se intenta la detección directa de partículas de materia oscura hasta ahora sin éxito.
      En este contexto, leo hoy que FASER (Forward Search Experiment) es un nuevo experimento del Large Hadron Colider (LHC) para la búsqueda de partículas ligeras con interacción débil asociadas a la Materia Oscura aprobado ayer por el CERN. FASER complementará el programa de Física en curso del CERN, extendiendo su potencial de descubrimiento a potenciales nuevas partículas y se espera que sea operativo en 2021.
       
      Este nuevo experimento contribuye a diversificar el programa de Física del colisionador de partículas más grande del mundo (LHC), y permite abordar preguntas sin respuesta en Física de partículas desde una perspectiva diferente, ha explicado en un comunicado Mike Lamont, co-coordinador del grupo de estudio PBC (Physics Beyond Collider), que supervisa FASER.
      Los cuatro detectores principales del LHC no son adecuados para detectar partículas ligeras de interacción débil que podrían producirse paralelamente a la línea del haz. Éstas podrían viajar cientos de metros sin interactuar con ningún material antes de transformarse en partículas conocidas y detectables, como electrones y positrones. Las partículas exóticas, de producirse, escapan a los detectores existentes a lo largo de las líneas del haz de corriente y permanecen sin ser detectadas. Por lo tanto, FASER se ubicará a lo largo de la trayectoria del haz, a 480 metros aguas abajo del punto de interacción situado dentro de ATLAS.
       

       
      Aunque los protones en los haces de partículas del LHC son desviados por imanes y obligados a girar siguiendo el perímetro del LHC, las posibles partículas ligeras que interactúan muy débilmente, continuarían a lo largo de una línea recta y sus "productos de desintegración" podrán ser detectados por FASER. Las potenciales nuevas partículas estarían muy colimadas con el haz, dispersándose muy poco y permitiendo así que un detector relativamente pequeño y barato realice búsquedas altamente sensibles.
      La longitud total del detector es inferior a 5 metros y su estructura cilíndrica central tiene un radio de tan solo 10 centímetros. Se instalará en un túnel lateral a lo largo de una línea de transferencia no utilizada que conecta el LHC con su inyector, el Super Proton Synchrotron. Para que FASER pueda construirse de forma rápida y asequible, se utilizarán piezas de repuesto de los detectores, donadas amablemente por los experimentos ATLAS y LHCb. La colaboración formada por 16 institutos que están construyendo el detector y que llevará a cabo los experimentos, cuenta con el apoyo de la Fundación Heising-Simons y la Fundación Simons.
       
      FASER buscará partículas hipotéticas de interacción débil, incluyendo los llamados "fotones oscuros", partículas que están asociadas con la materia oscura, neutralinos y otros. El experimento se instalará durante la actual parada prolongada 2 (Long Shutdown 2) en curso y comenzará a tomar datos en el LHC’s Run 3 que se ejecutará entre 2021 y 2023. FASER es una propuesta de Física fina que aborda un aspecto particular en la búsqueda de Física más allá del Modelo Estándar.
      Lo he leído en FASER: CERN approves new experiment to look for long-lived, exotic particles
      Y podéis encontrar esquemas, planos, detalles técnicos y amplia documentación en: FASER (ForwArd Search ExpeRiment at the LHC) webpage
       
      Saludos.
       
    • grbengo
      By grbengo
      PRÓXIMA CHARLA en el CAIFA
      Sábado 1 de diciembre, 18:45hs
       
      "El origen cuántico del Universo"
       
      Les dejo la invitación a una nueva charla, donde hablaremos acerca de cómo pensamos que surgieron las semillas de estructura cósmica en el marco del paradigma inflacionario del modelo del Big Bang.
      Debatiremos también acerca de qué cambios podrían ser necesarios en la mecánica cuántica para resolver algunos problemas abiertos.
      Los esperamos!
       
      Más info en:
      www.caifa.com.ar

    • supernova0
      By supernova0
      Buenas, voy a empezar a leer en unos dias este libro de lisa randall:
       
      http://quelibroleo.com/web/public/universos-ocultos-un-viaje-a-las-dimensiones-extras-del-cosmos
       
      Lo encontre de casualidad, caminando por corrientes, no sabia que habia libros de ella en español, muy caro me salio, pero bueno, universos ocultos se llama el libro.
      Alguien lo leyo? es muy pesado? 
       
      Es todo sobre cosmologia y branas, y realmente no se si podre entenderlo todo, yo solo soy aficionado de la astronomia, de este universo temporal..
       
      Piensan que ella es una buena cosmologa? 
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