Francis en Naukas Bilbao 2013: “Lo siento Planck, pero no me lo creo”

Dibujo20131002 victor ruiz naukas 2013 photoYa puedes disfrutar del vídeo de mi charla “Lo siento Planck, pero no me lo creo” en el evento de divulgación científica Naukas Bilbao 2013. Todo un éxito que demostró a propios y extraños que la ciencia y el escepticismo interesan cada día más. Yo he disfrutado mucho y he aprendido muchas cosas. Te animo a ver todas las charlas que han sido grabadas con gran calidad por la EITB. El pésimo título de mi charla oculta que su contenido versa sobre el consenso científico en las grandes colaboraciones de Big Science. Como siempre, permíteme una transcripción libre de su contenido.

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La posible curvatura negativa del universo

Dibujo20130923 large scale anomaly - cmb seen by planck - march 2013

Saber si el universo es plano (Ωk = 0) es imposible. Los experimentos sólo pueden poner un límite superior a su curvatura. El fondo cósmico de microondas (CMB) observado por el telescopio espacial Planck de la ESA nos ha permitido obtener un valor combinado Planck+WMAP9+ACT+SPT+BAO de Ωk = 0,0005 ± 0,0070 al 95% C.L. El universo parece plano, pero podría tener una pequeñísima curvatura, positiva o negativa. El CMB observado por Planck muestra varias anomalías a gran escala en el universo (para los multipolos acústicos con ℓ < 40, por encima de 3º de cielo) que no tienen explicación dentro del modelo cosmológico de consenso ΛCDM (que ajusta perfectamente los multipolos entre 50 < ℓ < 3000, por debajo de 2º de cielo). Una de las anomalías es una asimetría norte-sur con respecto al plano de la eclíptica (el plano del Sistema Solar). Andrew Liddle y Marina Cortês, ambos de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, publican en Physical Review Letters una explicación de esta anomalía que asume que el universo es abierto y tiene una pequeñísima curvatura negativa. Los datos que Planck publicará en junio de 2014, que incluyen la polarización del CMB, confirmarán (o descartarán) la anomalía y estimarán la curvatura por debajo de los límites compatibles con la idea de Liddle y Cortês. Mientras tanto estos físicos disfrutarán de su momento de gloria. Muchos medios se han hecho eco de su trabajo, como Ron Cowen, “Universe may be curved, not flat,” Nature News, 20 Sep 2013; Marc Kamionkowski, “Is the Lopsided Universe an Open Universe?,” Viewpoint, Physics 6: 98, Sep 9, 2013; el artículo técnico es Andrew R. Liddle, Marina Cortês, “Cosmic Microwave Background Anomalies in an Open Universe,” Phys. Rev. Lett. 111: 111302, Sep 9, 2013.

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La diferencia entre Planck y WMAP-9 para el fondo cósmico de microondas

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Diferencia entre los datos de Planck y WMAP-9 para el fondo cósmico de microondas. Fuente: arXiv:1305.4033

Nadie sabe el porqué, pero hay una diferencia mayor de la esperada entre el fondo cósmico de microondas (CMB) observado por Planck (publicado por ESA en marzo de 2013) y por WMAP-9 (publicado por NASA en diciembre de 2012). Suponiendo que los datos de Planck son más fiables, los datos de WMAP-9 presentan un dipolo cuyo origen es desconocido, pero se cree que debe ser resultado de algún tipo de contaminación. De hecho, comparando los datos de WMAP-9 y WMAP-7 también se observa dicho dipolo, aunque con menor amplitud. La comparación se ha realizado filtrando los datos de Planck para que su resolución coincida con la de WMAP-9. La diferencia entre ambos es la responsable de que según Planck haya más materia oscura y menos energía oscura en el universo de lo que indicó WMAP-9. Más información técnica en Anne Mette Frejsel, Martin Hansen, Hao Liu, “Consistency tests for Planck and WMAP in the low multipole domain,” arXiv:1305.403317 May 2013, y en András Kovács, Julien Carron, István Szapudi, “On the Coherence of WMAP and Planck Temperature Maps,” arXiv:1307.1111, 03 Jul 2013.

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La suma de la masa de los neutrinos según los últimos datos cosmológicos

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Uno de los resultados más esperados sobre el fondo cósmico de microondas (CMB) observado por el telescopio espacial Planck de la ESA era una cota inferior a la suma de la masa de todos los neutrinos (en realidad, de todas las partículas ligeras ultrarrelativistas). Por desgracia, los datos de Planck no son suficientes para obtenerla. Ni siquiera la combinación de Planck con otros estudios cosmológicos (BAO, WiggleZ, HST) permite obtener una cota inferior. Un nuevo artículo que combina Planck+BAO+WiggleZ nos da como cota superior Σmν < 0,15 eV (al 95% C.L.); combinando Planck+BAO+WiggleZ+HST se obtiene Σmν < 0,14 eV, pero esta cota es menos fiable por la tensión entre Planck y HST respecto a la constante de Hubble. Estas cotas se han obtenido suponiendo que sólo hay 3 “sabores” de neutrinos. Si no se fija el número de “sabores” de neutrinos, los datos combinados Planck+WiggleZ+BAO indican que hay Neff = 3,9 ± 0,34 tipos de neutrinos (es decir, apuntan a la existencia un neutrino estéril aún no observado), pero entonces el límite superior para la suma de sus masas es de Σmν < 0,24 eV. El artículo técnico es Signe Riemer-Sørensen, David Parkinson, Tamara M. Davis, “Combining Planck with Large Scale Structure gives strong neutrino mass constraint,” arXiv:1306.4153, 18 Jun 2013.

Cuando ojeé arXiv no le presté atención a este artículo, pero volvió a despertar mi interés gracias a un tuit de Amarashiki (@riemannium, autor del blog “The Spectrum of Riemannium“): “Neutrino mass sum bounded from below and above!!! More details here!!! http://arxiv.org/abs/1306.4153.” Me sorprendió mucho su entusiasmo, pues el nuevo artículo no calcula ninguna cota inferior para la suma de las masas de los neutrinos, todo lo contrario, toma dicha cota de los resultados de los experimentos de oscilación de neutrinos, que apoyan un límite inferior de Σmν > 0,05 eV (al 95% CL), y cita como fuente un artículo de 1998 (The Super-Kamiokande Collaboration, “Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos,” Phys. Rev. Lett. 81: 1562-1567, 1998 [arXiv:hep-ex/9807003]) y el Particle Data Group. Me parece que mi amigo Amarashiki ha caído en la “trampa del abstract” (leer el resumen de un artículo sin leer su contenido y creer que lo que dice el resumen corresponde al contenido del artículo). Por cierto, esto es algo que nos pasa a todos.

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Planck 2013 (XXVIII): El catálogo de Planck de fuentes puntuales de microondas

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En el año 2011 se publicó un catálogo de unas 15.000 fuentes puntuales y/o compactas de microondas observadas por el telescopio espacial Planck tras 9 meses de observación. El nuevo catálogo publicado en 2013, llamado PCCS por Planck Catalogue of Compact Sources, tras 15 meses de observación, contiene unas 25.000 fuentes (24.381 en la banda de 857 GHz). Como muestra esta figura (para la banda de 857 GHz), la resolución espacial de Planck es menor que la de Herschel, pero aún así permite una identificación fiable de estas fuentes puntuales, que se pueden calificar como ruido o contaminación a la hora de estudiar la radiación del fondo cósmico de microondas (CMB). El catálogo PCCS cubre el rango de frecuencias de 30 a 857 GHz y presenta 25 parámetros asociados a cada fuente. El nuevo artículo técnico es Planck Collaboration, “Planck 2013 results. XXVIII. The Planck Catalogue of Compact Sources,” Astronomy & Astrophysics manuscript, Mar 22, 2013 [arXiv:1303.5088]; el anterior artículo es Planck Collaboration, “Planck early results. VII. The Early Release Compact Source Catalogue,” A&A 536: A7 (2011).

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Planck 2013 (XXIX): El catálogo de Planck de fuentes del efecto Sunyaev-Zel’dovich

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El fondo cósmico de microondas (CMB) presenta regiones con un corrimiento al azul debidas al efecto Sunyaev–Zel’dovich (SZ) resultado del efecto Compton inverso, la interacción de los fotones de baja energía del CMB con los electrones de alta energía de un cúmulo galáctico. Gracias a ello, el telescopio espacial Planck de la ESA, tras 15,5 meses de observación, ha publicado un catálogo de 1227 candidatos a cúmulos y supercúmulos galácticos, llamado ESZ (Planck Early SZ). Entre ellos están confirmados 861, de los 683 ya eran conocidos y 178 han sido descubiertos por Planck. Los restantes 366 son candidatos y aún requieren confirmación independiente. En esta imagen se muestra el supercúmulo Shapley, formado por varios cúmulos galácticos, uno de los más bellos (sobre todo cuando uno imagina lo inmenso que es lo que se está viendo). Los interesados en los detalles técnicos pueden consultar el artículo Planck Collaboration, “Planck 2013 results. XXIX. Planck catalogue of Sunyaev-Zeldovich sources,” arXiv:1303.5089, 20 Mar 2013. Lo sé, lo sé, los resultados de Planck ya fueron noticia en su momento, pero estoy releyendo los artículos técnicos y habrá una serie de entradas en este blog sobre ellos.

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La discrepancia entre WMAP-9 y Planck aún sigue sin explicación

Dibujo20130405 cmb multipole spectrum wmap-9 vs planck vs spt vs act

Dibujo20130405 cmb multipole spectrum wmap-9 black vs planck red

Dibujo20130405 cmb multipole spectrum 400 -1000 wmap-9 black vs planck red

Dibujo20130405 cmb multipole spectrum 1000 -1600 wmap-9 black vs planck red

Quizás el resultado más llamativo sobre el fondo cósmico de microondas obtenido por el telescopio espacial Planck de la ESA ha sido la discrepancia a unos dos sigmas con los resultados de WMAP-9 de la NASA para multipolos entre 200 y 1000. La causa de esta discrepancia no es conocida. Tiene toda la pinta de ser un error sistemático, pero a día de hoy no sabemos si lo es en la medida de WMAP-9, o en la de Planck. Esta discrepancia es la causa principal de que la proporción de energía oscura del universo haya disminuido, de que la proporción de materia (oscura y bariónica) haya crecido, y de que la constante de Hubble haya disminuido, cambios mucho mayores de lo esperado. El artículo más importante de la Colaboración Planck sobre este asunto, “Planck 2013 Results. XI. Consistency of the data,” aún sigue en preparación [listado de todos los artículos]. Recomiendo consultar también las transparencias de la charla de Lloyd Knox (UC Davis / Planck Collaboration), “The Universe According to Planck,” Wine & Cheese, Fermilab, 28 Mar 2013 [slides].

En mi opinión, no se deberían haber publicado los datos sin haber aclarado antes este escabroso asunto. En casi todas las charlas de miembros de la Colaboración Planck aparece una “oveja negra” entre el público que pregunta si ya se sabe el motivo de esta discrepancia y cuándo se hará público el artículo XI sobre la consistencia de los resultados de Planck; la respuesta siempre es la misma, no se sabe el porqué, pero no se trata de un error sistemático de Planck y el artículo XI se publicará próximamente. Aún seguimos esperando…

Una explicación para la anomalía del fondo cósmico de microondas observada por Planck

Dibujo20130321 Planck CMB Anomaly

Hoy se han publicado los nuevos datos sobre el fondo cósmico de microondas obtenidos por el satélite Planck de la ESA. Una decepción para muchos, pues se confirma el modelo ΛCDM y los modelos más sencillos de inflación. La única sorpresa ha sido la confirmación de la anomalía que ya observó WMAP y que algunos han calificado como “el eje del mal” (AoE por “axis of evil”). Muchos esperábamos que la anomalía desapareciera, pues un artículo reciente reanalizaba los datos de WMAP y descartaba su existencia (A. Rassat, J.-L. Starck, “No Preferred Axes in WMAP Cosmic Microwave Background,” arXiv:1303.5051, 20 Mar 2013; gracias Daniel Marín (@Eurekablog) por recordarlo). Al substraer el efecto de Sach-Wolfe Integrado (ISW) en los datos de WMAP-9, gracias a su medida por 2MASS (2 Micron All-Sky Survey) y NVSS (NRAO VLA Sky Survey), la anomalía AoE desaparecía. ¿Ocurrirá lo mismo con los datos de Planck? Lo sabremos en las próximas semanas, pues Rassat y Starck no tardarán en aplicar su análisis a los datos de Planck.

Dibujo20130321 The large-scale ISW temperature field due to 2MASS and NVSS galaxies (with cross-correlat WMAP9)

Francis en Mapping Ignorance: Los bariones perdidos que ha encontrado Planck

Mapping Ignorance es un nuevo blog que tienes que visitar. Y no lo digo por mi entrada “ESA’s Planck satellite finds the missing baryons,” MI, Dec 13, 2012. Estoy seguro que, si lees mi blog y te defiendes en inglés, disfrutarás con Mapping Ignorance. “Where is the half of the ordinary matter in the universe not observed yet?” Eso digo yo, “where is it?” Disfruta, si te apetece, claro.

Por qué el satélite Planck no ha hallado la “primera prueba” de la materia oscura, como titula ABC

Me ha sorprendido la noticia de José Manuel Nieves, “Hallan la primera «prueba física» de la materia oscura,” aparecida hoy en la sección Ciencia del diario ABC.es. El subtítulo aclara que el titular es erróneo “Una neblina alrededor del centro de la Vía Láctea puede ser la primera evidencia directa de este fenómeno.” Aún así, la redacción de la noticia no me parece apropiada. Por ejemplo, la imagen que la ilustra no es de Planck, sino una composición de una imagen de Planck y otra de Fermi/LAT. ¿Por qué la aniquilación de materia oscura y la producción de pares electrón-positrón no puede explicar estas burbujas de rayos gamma? Porque las burbujas tienen bordes muy bien definidos que esta hipótesis no puede explicar de ninguna forma. La hipótesis más razonable ahora mismo es que la burbuja es resultado de la interacción del chorro de rayos gamma observado por Fermi LAT, ver la figura de abajo, cuyo origen es el agujero negro central de nuestra galaxia; el campo magnético galáctico al interaccionar con el chorro generaría estas dos grandes burbujas. Nuestro superagujero negro Sgr A* está inactivo porque no acreta materia de forma continua, sin embargo, de vez en cuando cae materia en su interior y se produce el chorro que ha sido observado por Fermi/LAT. Los interesados en el artículo técnico, que solo menciona la materia oscura en la introducción como una de las posibles hipótesis para explicar el fenómeno, es Planck Collaboration, “Planck Intermediate Results. IX. Detection of the Galactic haze with Planck,” Submitted to Astronomy and Astrophysics, arXiv:1208.5483, 27 Aug. 2012. Una explicación breve del porqué la materia oscura es una hipótesis poco razonable para explicar este fenómeno en Gregory Dobler, “A Last Look at the Microwave Haze/Bubbles with WMAP,” The Astrophysical Journal 750: 17-25, 2012 [arXiv:1109.4418]. Agradezco a César @EDocet que me comentara la noticia vía Twitter.

Más información en mi blog sobre este tema: “Fermi LAT descubre un chorro de rayos gamma que atraviesa el plano de la Vía Láctea,” 15 junio 2012; “El procesamiento de los datos del telescopio espacial Fermi y la doble burbuja galáctica de rayos gamma,” 10 noviembre 2010.

PS (6 sep. 2012): Recomiendo leer a Ricardo Génova Santos, “¿Se han hallado evidencias de materia oscura?,” Noticias de la RSEF.

La señal observada por Planck, Femit/LAT y WMAP “ha suscitado un gran interés en los últimos años en la comunidad científica. La explicación que se ha ido imponiendo es la de emisión sincrotrón, un mecanismo de radiación electromagnética que se origina por la interacción de electrones acelerados hasta muy altas velocidades con el campo magnético de nuestra Galaxia. El problema está en que la pendiente del espectro de la señal detectada, que ha sido ahora medida por Planck con mayor precisión, no coincide con lo que se espera para la radiación sincrotrón cuando ésta es originada por electrones que han obtenido su energía a partir explosiones de supernova.”

“Una [alternativa] atractiva es que [la señal sea debida a] la aniquilación de partículas de materia oscura. Sin embargo, hay algunas características morfológicas de las observaciones de Fermi que no concuerdan con este modelo. Por otro lado, hay otras hipótesis que han sido propuestas para el origen de estos electrones de alta energía, como por ejemplo la presencia de chorros astrofísicos generados por acreción de materia hacia un agujero negro en centro de la Galaxia, la presencia de vientos galácticos, o la existencia de un ritmo de producción de energía a partir de explosiones de supernova en nuestra Galaxia mayor del habitual.”

“Por ello, aunque la posibilidad de la detección indirecta de materia oscura pudiera parecer la más atractiva, por sus implicaciones cosmológicas, parece claro que una confirmación de esta hipótesis requiere de datos más precisos, como los que puede producir Planck en el futuro, cuando se hayan recolectado más datos, u otros experimentos como Quijote-CMB, que es actualmente desarrollado en el Instituto de Astrofísica de Canarias.”

PS (9 sep. 2012): Recomiendo la lectura de la historia personal del investigador que propuso que la materia oscura podría explicar las burbujas observadas por WMAP. Él mismo nos la cuenta en “Guest Post: Doug Finkbeiner on Fermi Bubbles and Microwave Haze,” en el blog de Sean Carroll, Cosmic Variance, September 4th, 2012.