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viernes, 22 de marzo de 2013

Planck telescope peers into the primordial Universe

ORIGINAL: Nature
21 March 2013 

Analysis of cosmic microwave background backs sudden ‘inflation’ after Big Bang. 

The Planck space telescope's view of the cosmic background radiation is helping to reveal details about the birth of the Universe. ESA/PLANCK COLLABORATION 
The Planck space telescope has delivered the most detailed picture yet of the cosmic microwave background, the residual glow of the Big Bang

Scientists unveiling the results from the €600 million European Space Agency (ESA) probe said that they shed fresh light on the first instants of our Universe’s birth. They also peg the age of the Universe at 13.81 billion years — slightly older than previously estimated. 

For cosmologists, this map is a goldmine of information,” says George Efstathiou, director of the Kavli Institute for Cosmology at the University of Cambridge, UK, one of Planck’s lead researchers. 

Planck’s results strongly support the idea that in the 10-32 seconds or so after the Big Bang, the Universe expanded at a staggering rate — a process dubbed inflation

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Inflation would explain why the Universe is so big, and why we cannot detect any curvature in the fabric of space (other than the tiny indentations caused by massive objects like black holes). The sudden ballooning of the primordial Universe also amplified quantum fluctuations into clumps of matter that later seeded the first stars, and eventually the straggly superclusters of galaxies that span hundreds of millions of light years. 

The cosmic microwave background (CMB) radiation studied by Planck dates from about 380,000 years after the Big Bang, when the Universe had cooled to a few thousand degrees and neutral atoms of hydrogen and helium began to form from the seething mass of charged plasma. That allowed photons to travel unimpeded through space, in a pattern that carried the echoes of inflation. Those photons are still out there today, as a dim glow of microwaves with a temperature of just 2.7 K. 

Since the CMB was first detected in 1965, the Cosmic Background Explorer (COBE) and the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) have mapped the tiny temperature variations in the CMB with ever more precision. This has enabled cosmologists to work out when the Big Bang happened, estimate the amount of unseen dark matter in the cosmos, and measure the ‘dark energy’ that is accelerating the expansion of the Universe. 

Planck, launched in 2009, is more than three times more sensitive than its predecessor WMAP. Its high-frequency microwave detector is cooled to just 0.1 degrees above absolute zero. That enables it to detect variations in the temperature of the CMB as small as a millionth of a degree. 

These precision measurements show that the Universe is expanding slightly slower than estimated by WMAP. That rate, known as the Hubble constant, is 67.3 kilometres per second per megaparsec, which suggests that the Universe is about 80 million years older than WMAP had calculated. 

It also means that dark energy makes up 68.3% of the energy density of the Universe, a slightly smaller proportion than WMAP had estimated. The contribution of dark matter swells from 22.7% to 26.8%, leaving normal matter making up less than 5%. 

Planck also confirmed some oddities earlier noted by WMAP. The simplest models of inflation predict that fluctuations in the CMB should look the same all over the sky. But WMAP has found, and Planck confirmed, an asymmetry between opposite hemispheres of the sky, as well as a ‘cold spot’ that covers a large area. The asymmetry “defines a preferred direction in space, which is an extremely strange result,” says Efstathiou. This rules out some models of inflation, but does not undermine the idea itself, he adds. It does, however, raise tantalizing hints that there may yet be new physics to be discovered in Planck’s data. 

So far, the team have analysed about 15.5 months of data, and “we have about as much again to look at”, says Efstathiou. The team expects to release their next tranche of data in early 2014. Nature doi:10.1038/nature.2013.12658 

domingo, 7 de octubre de 2012

La cámara digital más potente del mundo abre los ojos y recoge las primeras imágenes a la caza de la energía oscura

ORIGINAL: Red Renata
Viernes, 28 de Septiembre de 2012 12:57

Tras ocho años de trabajo, los científicos de la colaboración internacional DES (Dark Energy Survey, Cartografiado para la energía oscura) han dado a conocer las primeras imágenes del cielo del hemisferio sur realizadas por la DECam, la Cámara para la energía oscura más potente diseñada hasta la actualidad. Durante cinco años, el cartografiado creará imágenes detalladas en color de una octava parte de la esfera celeste, o 5000 grados cuadrados, para descubrir y medir 300 millones de galaxias, 100 000 cúmulos de galaxias y 4000 supernovas.

DECAM. Foto por DES

Hace ocho mil millones de años, la luz procedente de lejanas galaxias inició su viaje hacia la Tierra. El 12 de septiembre de 2012, esa antiquísima luz estelar terminó su camino en la cima de una montaña en Chile, donde la recién terminada cámara para la energía oscura (DECam, por sus siglas en inglés), la máquina de cartografiado del cielo más poderosa jamás creada, la capturó y almacenó por primera vez. Esa luz podría contener la respuesta a uno de los mayores misterios de la Física: por qué la expansión del universo se acelera.

Los científicos de la colaboración DES (DarkEnergySurvey, o cartografiado para la energía oscura) anunciaron esta semana que DECam, el resultado de ocho años de planificación y construcción realizado por científicos, ingenieros y técnicos de tres continentes, ha recibido su primera luz. Las primeras imágenes del cielo del hemisferio sur fueron recogidas por esta cámara, de 570 megapíxeles, el 12 de septiembre.

El consorcio español de DES, formado por el CIEMAT en Madrid y el IFAE (Institut de Fisica d’Altes Energies) y el ICE (Institut de Ciències de l’Espai; IEEC/CSIC, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya/Consejo Superior de Investigaciones Científicas) en Barcelona, y con participación adicional de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, ha tenido una gran responsabilidad en la construcción y puesta en funcionamiento de DECam.

Se ha encargado del diseño, la verificación y la construcción de toda la electrónica de alta velocidad que contiene DECam, además de diseñar e implementar el programa informático que hace posible orientar con precisión el telescopio y producir simulaciones a gran escala del Universo, que permiten probar los métodos de análisis científico. Además del Consorcio español, en la colaboración DES participan científicos de EE UU, Reino Unido, Brasil, Alemania y Suiza. La colaboración internacional está liderada por Fermilab, en EE UU. La cámara se ha instalado en el telescopio Víctor M. Blanco en el Observatorio de Cerro Tololo, en Chile. Con esta cámara, que tiene, aproximadamente, el tamaño de una cabina telefónica, los físicos y astrónomos investigarán el misterio de la energía oscura, la fuerza que se cree que causa que el universo se expanda cada vez más rápido.
Aerial photograph of CTIO, Cerro Tololo, Chile. Featuring Blanco 4-meter and SMARTS telescopes. Credit: NOAO/AURA/NSF.

La energía oscura es el descubrimiento más sorprendente que se ha producido en la física en los últimos veinte años, y solamente puede explicarse si existe nueva física más allá de las teorías actuales. Si conseguimos descubrir la naturaleza de la energía oscura será una revolución en el conocimiento del Universo. El proyecto DES se concibió para avanzar en la resolución de este problema, y ahora, tras un gran esfuerzo de diseño y construcción, comenzamos la aventura”, declaró Eusebio Sánchez, investigador responsable del proyecto en el CIEMAT.

DECam es el instrumento de cartografiado más poderoso, capaz de ver luz de más de 100.000 galaxias a más de 8 mil millones de años luz en cada exposición. El mosaico de 64 CCD que contiene la cámara tiene una sensibilidad sin precedentes a la luz roja, y junto con el enorme espejo colector de luz del telescopio Blanco (que mide 4 metros de diámetro), permitirá a los científicos desarrollar investigaciones que van desde el estudio de los asteroides de nuestro Sistema Solar hasta la comprensión del origen y destino del Universo.

Con la cámara de DES podremos conocer por primera vez la distribución de galaxias en un volumen que es una fracción importante del Universo observable. Esto nos permitirá determinar de una vez por todas la geometría local del Universo y el contenido de materia y energía responsable de su evolución. El descubrimiento del agente responsable de la expansión acelerada marcaría un hito histórico, que nos permitiría conectar el origen y el destino del Universo”, matizó Juan García-Bellido, investigador de la Universidad Autónoma de Madrid.

Los científicos de la colaboración DES realizarán el cartografiado de galaxias más grande jamás propuesto, y analizarán estos datos para realizar cuatro pruebas sobre la energía oscura, estudiando cúmulos de galaxias, supernovas, la distribución de galaxias a gran escala y el efecto lente gravitacional débil sobre dichas galaxias. Esta será la primera vez que estos cuatro métodos se utilizan simultáneamente en un único experimento.

El cartografiado se espera que empiece en diciembre, tras la verificación completa de la cámara, y aprovechará las extraordinarias condiciones atmosféricas de los andes chilenos para proporcionar imágenes con la mejor resolución jamás vista en un cartografiado astronómico de gran campo.

Distribuido por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en representación de la colaboración DES.

Contacto
Unidad de Comunicación y RR PP del CIEMAT
Avda. Complutense, 40. 28040 Madrid
Tfno.: 913460822 Correo-e: ucrp@ciemat.es

lunes, 24 de septiembre de 2012

Supercomputer Recreates Universe From Big Bang to Today

ORIGINAL: Space
Clara Moskowitz, SPACE.com Assistant Managing Editor
11 September 2012

Large-scale structures in the universe form over time in these stills from a supercomputer simulation of the evolution of the universe.

CREDIT: Habib et al./Argonne National Lab 

Scientists would love to be able to rewind the universe and watch what happened from the start. Since that's not possible, researchers must create their own mini-universes inside computers and unleash the laws of physics on them, to study their evolution.

Now researchers are planning the most detailed, largest-scale simulation of this kind to date. One of the main mysteries they hope to solve with it is the origin of the dark energy that's causing the universe to accelerate in its expansion.

The new simulation is a project led by physicists Salman Habib and Katrin Heitmann of Illinois' Argonne National Laboratory, and will run on the lab's Mira supercomputer, the third-fastest computer in the world, starting in the next month or two. The program will use trillions of "particles" — elements in the simulation that stand in for small bits of matter. The computer will let time run, and watch as the particles move through space in response to the forces acting on them.

As the simulation progresses, these bits of matter will clump together under gravity to form larger and larger blobs representing galaxies, galaxy clusters and superclusters. To evolve the universe from the Big Bang 13.7 billion years forward to today, the simulation will take up to two weeks. [Video: Simulation of the Universe from Big Bang to Now]


Testing the theory
The ultimate goal is to compare the best telescope observations of structure in the universe to the structure displayed in the computer model, to test the reigning theory of cosmology.

"We are trying to look for subtle ways in which it's wrong," Habib told SPACE.com. "That’s why you need these very high-resolution, very large-scale simulations to see if the observations don't match the predictions."

Dark energy is the name given to whatever is causing the expansion of the universe to accelerate. When this acceleration was first discovered in the 1990s, it shocked the science community, because theories predicted the universe's expansion would be steady or slowing down, because of the inward pull of gravity.

The current reigning theory posits that dark energy is what's called the cosmological constant, a term Einstein first thought to put into his equations of general relativity to represent the vacuum energy of the universe. Although Einstein ultimately decided not to include the term, scientists later realized that it could explain the current observations of the expansion of the universe.

However, cosmologists aren't satisfied with this explanation, Habib said.

Another possibility
"It's just a single number entered as an extra term in the equations," he said. "The problem is that if you ask what its value should be, it's enormous — many orders of magnitude bigger than what is actually observed."

While simulations based on the cosmological constant so far appear to match what's seen in large-scale observations of the universe, scientists think that next-generation observations may reveal discrepant details.

If a cosmological constant is not to blame for the accelerated expansion of the universe, another possibility is that space contains some other type of mass or energy, such as a field, that is pulling everything apart.

"It's basically guesswork; it could be like this, or it could be like that," Habib said. "Either way it's very interesting."

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