Primera imagen completa del cielo del satélite Planck (censurada, como era de esperar)

El satélite Planck de la ESA necesita casi 6 meses para obtener un mapa completo del cielo. El primer mapa se inició en agosto de 2009. Ahora debe estar a punto de acabar el segundo mapa completo del cielo. Mucha gente se había olvidado de que Planck existía así que la ESA ha decidido publicar la primera foto (censurada) del primer mapa del cielo obtenido. Seguramente han estado pensando durante un par de meses cómo presentar esta imagen para que no comunique absolutamente nada pero que parezca un logro que merece el eco de los medios. Aún así, hay que tener paciencia, la madre de la ciencia. Como muy pronto se publicarán los primeros datos científicos de Planck en diciembre de 2012, con suerte, aunque yo apuesto más por justo antes del verano de 2013. El análisis de los datos recabados por Planck es muy difícil y requiere gran número de alardes técnicos. Aún así, un satélite que ha costado unos 600 M€ (con un coste total de la misión que ronda 700 M€) requiere que aceptemos la censura como parte indispensable de la ciencia. Visto en Menéame. Me niego a escribir más sobre este asunto, el que leer algo más puede recurrir, por ejemplo, a “Primer mapa cósmico de la ESA. El telescopio Planck escanea los confines del Universo,” El Mundo, 5 jul. 2010.

Ahora…

… y antes.

Qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS en diciembre de 2009 (han sido descartados por XENON100 en mayo)

Jodi Cooley del CDMS nos mantuvo atentos a su charla el 17 de diciembre de 2009 en la que presentaba la observación de dos eventos tipo WIMP con una masa de 100 GeV. En la misma charla nos informó que el experimento XENON100 confirmaría (o refutaría) la evidencia de partículas WIMP con esta masa, ya que se esperaba que observara antes del presente verano 5 o 6 eventos nuevos de este tipo y para después del verano unos 10 eventos. ¿Qué ha pasado? XENON100 no ha observado ningún evento, lo que se puede interpretar como una refutación del anuncio de CDMS. Las partículas de materia oscura siguen fuera del alcance de los experimentos. Elena Aprile, portavoz del experimento XENON100, anunció el 1 de mayo de 2010 que su experimento no había encontrado muestras de partículas WIMP con una masa de 100 GeV y debería haberlas encontrado si dichas partículas existen. Por tanto, los resultados de XENON100 ponen en duda los resultados de CDMS. El artículo técnico, enviado a PRL, es The XENON100 Collaboration (E. Aprile et al), “First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment,” ArXiv, Submitted on 3 May 2010. Habrá que esperar a nuevos resultados a finales del verano, pero todo indica que el resultado de CDMS fue una falsa alarma. Por cierto, ya hablé en este blog de este artículo en XENON100 versus DAMA, guerra de cifras sobre la masa de las partículas WIMP de materia oscura, pero puse el énfasis en la comparación con DAMA y CoGENT. Hoy me han preguntado qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS y he recordado que no había dicho nada al respecto. Por cierto, la figura está extraída de “Highly Sensitive Dark Matter Experiment Disproves Earlier Findings,” Columbia News, May 6, 2010.

Las iniciales “SH” de Stephen Hawking aparecen en el análisis de WMAP-7 del fondo cósmico de microondas

Los mapas del fondo cósmico de microondas (CMB) están surcados por la radiación producida por nuestra propia galaxia. Dicha componente se puede reducir al mínimo aplicando un algoritmo que combina linealmente varias bandas con frecuencias independients (mapa ILC o Internal Linear Combination). El resultado de dicho algoritmo es que aparecen mágicamente las iniciales “SH” de Stephen Hawking. Ambas iniciales “S” y “H” están aproximadamente en la misma fuente de texto, tamaño y estilo, y las letras se alinean ordenadamente a lo largo de una línea de latitud fija Galáctica. La probabilidad de que esto ocurra en particular es infinitamente pequeña. Lo que no quita que un suceso tan raro pueda darse. Aún así, este tipo de “ilusiones ópticas” son muy comunes entre todos (vemos lo que no hay, haciendo familiar una señal sin mayor significado), incluso entre los científicos. El artículo técnico que presentaba dicha imagen del CMB es Bennett, C., et.al., “Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Are There Cosmic Microwave Background Anomalies?,” ArXiv, 26 Jan. 2010. Los 7 artículos publicados con los resultados de los 7 primeros años de WMAP los tenéis aquí. WMAP-7 está lleno de sorpresas a la espera de los resultados de Planck.

Lo interesante de este artículo técnico, más allá de la curiosidad que supone comprobar que los científicos también son chistosos, es comprobar que el fondo cósmico de microondas se ha formado por un proceso aleatorio isótropo de tipo gaussiano (en primera aproximación) lo que no quita que presente anomalías (anisotropías). Los datos tras 7 años de observación permiten eliminar gran parte de los errores sistemáticos en las medidas, pero la estadística no impide que aparezcan estas fluctuaciones estadísticas en las que con un poco de imaginación podemos llegar a ver hasta “letras ocultas.” Y si vemos letras también veremos efectos debidos a paredes de dominio, cuerdas cósmicas, etc. Muchos sólo hay que buscarlos. La curva blanca en la figura abajo-izquierda se denomina Punto Frío I (Cold Spot I) y la elipse roja en la figura abajo-derecha Punto Frío II (Cold Spot II). Las curvas alargadas frías en la figura abajo-derecha se denominan Dedos Fríos (Cold Fingers). Estos puntos y dedos fríos han dado lugar a varias interpretaciones. Parecen claramente visibles en los datos pero pueden ser meras fluctuaciones estadísticas sin mayor significado físico y así se interpretan de forma oficial en el artículo del que he extraído estas imágenes.

Esta entrada viene a colación por mi anterior entrada sobre la explicación de Antonio Alfonso-Faus del fondo cósmico de microondas (CMB) como la radiación de Hawking the agujeros negros primordiales submilimétricos. Explicar los patrones estadísticos que se observan en el CMB utilizando una distribución de agujeros negros asociada a la distribución de la materia oscura en el universo no parece fácil. Más aún, la presencia de agujeros negros primordiales dejaría marcas (señales) en el fondo cósmico de microondas que hasta donde yo sé no han sido observadas. Un análisis de este tipo de señales aparece en el artículo de Massimo Ricotti, Jeremiah P. Ostriker, Katherine J. Mack, “Effect of Primordial Black Holes on the Cosmic Microwave Background and Cosmological Parameter Estimates,” The Astrophysical Journal 680: 829-845, 2008 [es de acceso gratis]. Sin embargo, hasta donde yo sé, nadie ha analizado en detalle los efectos sobre el CMB de agujeros negros primordiales de masa sublunar, como los propuestos por Antonio. Un análisis similar a este sería de gran interés para sus ideas: B.J. Carr, Kazunori Kohri, Yuuiti Sendouda, Jun’ichi Yokoyama, “New cosmological constraints on primordial black holes,” Phys. Rev.D 81: 104019, 2010 [ArXiv].

PS: Por cierto, las iniciales “SH” en el CMB ya han aparecido en muchos blogs en español. Por ejemplo, Carlos Perla Hernández, “Tras 7 años de trabajo en el Fondo Cósmico de Microondas se descartan todas las anomalías,” Globedia, 7 feb. 2010, del que extraigo este párrafo.

Muchos de los informes de anomalías del fondo cósmico de WMAP serían un buen material para la enseñanza, puesto que ilustran bien en cuantas trampas caemos fácilmente cuando hacemos un análisis estadístico a posteriori. O, como el equipo considera el tema de las iniciales de Hawking: “está claro que la selección combinada en la búsqueda de iniciales, éstas en particular, y el claro alineamiento y situación son todas elecciones a posteriori. Cuando tenemos un rico conjunto de datos (como es el caso de WMAP) existen muchos datos y muchas formas de analizar los datos.”

Alfonso-Faus y la materia oscura como agujeros negros milimétricos cuya radiación de Hawking es el fondo cósmico de microondas

Nuestro lector Antonio Alfonso-Faus ha propuesto que la materia oscura del universo está formada por agujeros negros primordiales (PBH) con un tamaño (radio) submilimétrico (0’0635 mm), es decir, una masa (4’28×1025 gramos) similar a la mitad de la masa de la Luna [1]. Esta masa está justo fuera de lo que se puede medir en la actualidad con técnicas de microlentes gravitatorias y similares [2]: los MACHO sublunares en halos y cúmulos galácticos no están restringidos en el rango sublunar, entre 1020-1026 gramos (MACHO = Massive Astronomical Compact Halo Object) [3]. Además, estos PBH sublunares emiten radiación de Hawking con una temperatura de 2’725 Kelvin, la temperatura de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). Por un lado, esto impide observar la radiación de Hawking de estos PBH que queda oculta en el CMB. Por otro lado, quizás matando dos pájaros de un solo tiro, Antonio propone que el CMB en realidad está generado por esta radiación y la interpretación estándar del CMB es incorrecta. Para ello se requiere la evaporación parcial de unos ~1030 PBH que deben emitir y absorber al mismo ritmo con objeto de sostener un CMB constante como el observado, según ha calculado Antonio. Un problema que ha de resolver Antonio es como explicar la distribución de las pequeñas perturbaciones en la temperatura del CMB, que explica fácil el modelo cosmológico estándar, utilizando su nueva propuesta para la materia oscura.

Los agujeros negros primordiales de masa sublunar se deberían haber generado en la gran explosión justo antes de la ruptura espontánea de la simetría electrodébil, en la llamada época de la unificación electrodébil (cuando el universo tenía solo 1 año de vida). Otro problema para Antonio es tratar de explicar de alguna forma por qué se generaron PBH en dicha época. Otros expertos que han estudiado la posibilidad de que los agujeros negros primordiales con una masa sublunar sean la materia oscura prefieren una masa un poco más pequeña, que permite que estos PBH se hayan generado justo después de la fase de la gran explosión dominada por la cromodinámica cuántica, es decir, PBH con masas entre 1020-1021 gramos [4]. Por cierto, tampoco tienen una buena explicación para la generación de estos PBH en dicha época.

En resumen, la idea de Antonio es una idea curiosa que hay que seguir explorando con objeto de ratificarla (o refutarla) mediante datos experimentales. Seguramente los primeros resultados del satélite Planck aportaran información bastante relevante sobre la impronta en la radiación de fondo cósmico de microondas debida a la materia oscura que nos permitirá ratificar o refutar a los agujeros negros primordiales sublunares como buen candidato a materia oscura.

[1] Antonio Alfonso-Faus, Màrius Josep Fullana i Alfonso, “Sources of cosmic microwave radiation and dark matter identified: millimeter black holes (m.b.h.),” ArXiv, April 9, 2010.

[2] David Blais, Torsten Bringmann, Claus Kiefer, David Polarski, “Accurate results for primordial black holes from spectra with a distinguished scale,” Phys. Rev. D 67: 024024, 2003 [gratis en ArXiv]. 

[3] B. J. Carr, “Primordial Black Holes: Do They Exist and Are They Useful?,” ArXiv, Submitted on 26 Nov 2005. 

[4] David Blais, Claus Kiefer, David Polarski, “Can Primordial Black Holes be a Significant Part of Dark Matter?,” Phys. Lett. B 535: 11-16, 2002 [gratis en ArXiv].