Radiación Cósmica para Principiantes

La mayor fuente de información que tenemos sobre el universo temprano es la radiación cósmica de fondo (CBR, por la sigla de “Cosmic Background Radiation”). Sí, la misma radiación cuyas propiedades serán medidas con gran precisión por los instrumentos a bordo del satélite Planck, del que ya Julio nos ha hablado –y espero que nos siga hablando.

Mientras esperamos que el Planck se enfríe hasta convertirse en el punto más frío del universo, y llegue a su destino donde observará el universo haciendo acrobacias para no “caerse” del punto L2, podemos hablar sobre la naturaleza y los atributos de la CBR, la información que ya se ha obtenido y la que se espera obtener, y las consecuencias que esto podría tener para nuestro entendimiento del universo.

Casi toda la información que tenemos sobre el espacio exterior ha llegado a la Tierra como luz visible, ondas de radio, rayos X y gamma, microondas, radiación infrarroja o ultravioleta, etc. Es decir, como alguna forma de radiación electromagnética. Analizando esta radiación hemos sido capaces de aprender sobre la naturaleza del Sol y las estrellas, los planetas, las galaxias y demás astros que  pueblan el firmamento. Pero ese no es el final de la historia: hay más radiación, que no proviene de ningún astro, sino de todas partes, del fondo mismo del cielo. Es invisible, pero puede detectarse con la antena adecuada apuntando a cualquier punto del cielo en el que no hay astros, donde creeríamos, ingenuamente, que “no hay nada”.

La antena con la que Penzias y Wilson descubrieron la radiación de fondo (CBR) en 1965.

La antena con la que Penzias y Wilson descubrieron la radiación de fondo (CBR) en 1965.

En 1965, Penzias y Wilson descubrieron esa radiación, que posteriormente fue identificada por Dicke y sus colaboradores como la radiación de origen cosmológico predicha desde 1948 por Alpher, Gamow & Herrman, y a principios de los 60’s por Zeldovich, Doroskevich, Sunyaev, y el mismo Dicke. Desde entonces el estudio de la CBR desde el suelo, la atmósfera y el espacio, se ha convertido en una de las principales actividades de los cosmólogos. Se han diseñado nuevos instrumentos y tecnologías, nuevos métodos de análisis e interpretación de datos y nuevos modelos cosmológicos para “leer” en esta radiación de fondo, proveniente de los confines del universo, la historia del origen de galaxias y otras estructuras, y del universo mismo.

En posts que espero escribir en las próximas semanas, les contaré de tres aspectos fundamentales de la CBR:

1) su existencia, que demuestra que el universo ha evolucionado de un estado casi uniforme, sin galaxias ni nada parecido, hasta el universo de hoy,

2) su espectro, que demuestra que el universo estuvo a altísima temperatura en el pasado, y

3) sus irregularidades (anisotropías), que muestran que las “semillas” de las que posteriormente surgieron las estructuras que hacen del universo un lugar tan complejo e interesante estaban presentes desde muy temprano en la historia del universo.

Les prometo no tardarme mucho, para que cuando empecemos a recibir información del Planck la entendamos y disfrutemos más.

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9 respuestas a Radiación Cósmica para Principiantes

  1. Pingback: Materia oscura, la evidencia « GuateCiencia

  2. Gustavo A. Ponce dijo:

    Los rayos cósmicos y la radiaciòn cósmica de fondo son dos cosas diferentes. En efecto, los rayos cósmicos son partículas como las que Ud. menciona, acelerados por mecanismos que no se han entendido del todo. La radiaciòn cósmica de fondo son fotones que estuvieron en equilibrio con la materia en épocas tempranas de la historia del universo.

  3. gp dijo:

    Buenos días,
    yo pensé que “rayos cosmicos” es radiacion compuesta por protones, electrones, nucleos de helio, etc… No por fotones, con lo que no serían ondas del espectro electromagnetico… No sé si me estoy equivocando o confundiendo términos. Necesitaría una aclaración.
    Gracias
    Buen día.

  4. Pingback: Gravedad clásica y cuántica « GuateCiencia

  5. gordoponce dijo:

    Hay varias formas de propagación de energía. Las ondas mecánicas –como en el caso de un terremoto y de las ondas de sonido– son una de ellas, en la que la energía se propaga a través de un medio que oscila alrededor de su posición de equilibrio pero no se desplaza con la onda. La energía también puede progaparse por convección, cuando la propagación de energía va acompañada por el movimiento de masas, como en el caso de los frentes fríos y otros fenómenos atmosféricos. La radiación electromagnética es una forma de propagación en la que la energía está contenida en campos electromagnéticos que cambian con el tiempo, y puede propagarse en el vacío, a diferencia de la conducción y la convección.

    La eficiencia con la que cada una de estas formas de propagación transporta la energía depende de factores como la temperatura y las propiedades mecánicas y térmicas del medio. En estrellas como el Sol, la forma de transporte más efectiva cerca del núcleo es la radiación, mientras que en las capas externas la más eficiente es la convección.

    La radiación de fondo, que nos llega a través del vacío, no es una onda mecánica sino electromagnética.

  6. craxon dijo:

    Hola, tengo una duda: ¿La transferencia de energía termica de un cuerpo a otro, viaja por ondas mecanicas?

  7. gordoponce dijo:

    Las observaciones cosmológicas tienden a favorecer un universo “plano”, en el que no habría contracción ni “big-crunch”. Sin embargo, la posibilidad de un universo cerrado no ha sido eliminada totalmente, así que vale la pena investigar qué sucedería en este caso.

    Aunque no sabemos con certeza lo que sucedería al pasar de un “big crunch” al siguiente “big bang”, debido a que aún no tenemos una formulación definitiva de la gravitación cuántica, sí podemos afirmar que algunas cantidades como la energía total, el momentum total, y la carga eléctrica total del universo, se conservarían durante el proceso (por ejemplo, si el universo “viejo” fuera eléctricamente neutro, el “nuevo” también tendría que serlo. Pero hay otra cantidad, la entropía, que podría aumentar en el “rebote”, y como la entropía está directamente relacionada con la temperatura de la radiación, efectivamente cada universo sería un poco más caliente que el anterior. Sin embargo, esto no tendría un efecto significativo sobre la temperatura de un planeta como la Tierra, que está regulada por intercambios de energía locales.

    Cuando hablamos de la temperatura del universo,o del espacio, nos referimos precisamente a la temperatura de la radiación de fondo, promediada sobre volpumenes suficietemente grandes. Un termómetro colocado en el espacio mediría una temperatura cercana a 2.7 K, porque estaría siendo constantemente bombardeado por los fotones de la CBR, de modo que un cuerpo a 100 mK sí está más frío que su entorno.

    Gracias por tu interés y tus preguntas.

  8. Concuerdo con Nancy, ¡interesantísimo!
    Tengo una duda, recuerdo que leí en algún lugar que la radiación cósmica de fondo sería mayor o más fuerte si se hubiesen dado varios eventos de tipo “big-bang” en lugar de uno solo.
    Si el universo fuera pulsante – explosión, expansión, freno de la expansión, compresión, súper compresión, vuelta a explosión, etc., algo como big-bang, big-crunch, big-bang, big-crunch… ad-infinitum – entonces tendríamos una radiación cósmica de fondo mayor y consecuentemente todo el universo sería más caliente, incluyendo la tierra.
    También me había preguntado si un objeto con temperatura de 100mK era más frío que el espacio “vacío”, así que gracias por responderme anticipadamente, :o)
    Un gran saludo!

  9. Nancy dijo:

    Interesantísimo, y lo mejor, para principiantes.

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