Este Mundo, a veces insólito

Planck

Planck, conocida anteriormente como Planck Surveyor,[cita requerida] es la tercera misión de medio tamaño (M3) del programa científico Horizon 2000 de la Agencia Espacial Europea. El lanzamiento se produjo a las 10:15 (hora Guyana Francesa) del 14 de mayo de 2009 desde el Puerto espacial de Kourou (Guayana Francesa) impulsado por un cohete Ariane 5 junto al Observatorio Espacial Herschel en configuración dual.1 Está diseñado para detectar las anisotropías en el fondo cósmico de microondas en casi todo el cielo menos un octavo, con una resolución y sensibilidad sin precedentes. Planck será una fuente valiosísima de datos con los que se comprobarán las teorías actuales sobre el universo primitivo y los orígenes de las estructuras cósmicas.

La misión Planck era conocida inicialmente como COBRAS/SAMBA. COBRAS por Cosmic Background Anisotropy Satellite y SAMBA por Satellite for Measurement of Background Anisotropies. Posteriormente, los dos grupos de estudio se fundieron en una sola misión, que tras haber sido seleccionada y aprobada, fue renombrada en honor del científico alemán Max Planck (1858-1947), Premio Nobel de Física en 1918.planck1

Tras el lanzamiento, la Planck será la primera en separarse del conjunto de lanzamiento y se colocará en órbita heliocéntrica, en el segundo de los puntos de Lagrange (L2) situado a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. En este punto, el telescopio no sufrirá las interferencias de la Tierra o la Luna.

El Planck está dotado de un espejo de 1,5 metros de diámetro.El telescopio será usado para captar radiaciones en dos bandas de frecuencia, una alta y otra baja, con los siguientes instrumentos:

  • Low Frequency Instrument (LFI) es un aparato que consiste en 22 receptores que funcionan a -253 °C. Estos receptores deberán trabajar agrupados en cuatro canales de frecuencias, captando frecuencias entre los 30 y 100 Ghz. Las señales serán amplificadas y convertidas en un voltaje, que será enviado a un ordenador.
  • High Frequency Instrument (HFI) es un aparato compuesto de 52 detectores, que trabajan convirtiendo radiación en calor. La cantidad de calor es medida por un pequeño termómetro eléctrico. La temperatura es anotada y convertida en un dato de ordenador. Este instrumento trabaja a -272,9 °C

Más de 40 institutos de investigación de Europa y Estados Unidos se unieron en esta misión para construir los instrumentos de la sonda.

El instrumento de medición de baja frecuencia fue construido con la participación de 22 institutos científicos, liderados por el Instituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (CNR) en Bolonia, Italia.

El instrumento de alta frecuencia fue elaborado por un consorcio de más de 20 instituciones científicas, lideradas por el Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS) en Orsay, Francia.

Los espejos de los telescopios primario y secundario fueron fabricados en fibra de carbono por un consorcio danés liderado por el Danish Space Research Institute, en Copenhague, Dinamarca.

La Planck complementará los datos obtenidos por la WMAP, ya que ésta también se centró en medir fluctuaciones de la radiación de fondo de microondas, pero a una escala mucho mayor.

Resultados

El 5 de julio de 2010, la misión Planck emitió su primera imagen de todo el cielo.2

2013

El 21 marzo de 2013, divulgado los nuevos resultados del trabajo realizado por la nave espacial Planck sobre la distribución en todo el cielo de la radiación de fondo del universo, obtuvo una estimación más precisa de esta en 68,3% de energía oscura, un 26,8% de materia oscura y un 4,9% de materia ordinaria.3

2015

En febrero de 2015 se publicó un conjunto de publicaciones detallando los resultados de la misión.4 Algunos de los resultados son:

  • Mejor concordancia con los resultados de la sonda WMAP en parámetros como la densidad y distribución de la materia en el universo, y resultados con menor margen de error.
  • Confirmación de que el Universo contiene un 26% de materia oscura. Estos resultados suscitan cuestiones relacionadas sobre el exceso de positrones en comparación con los electrones detectados por el Espectrómetro Magnético Alfa, un experimento en la Estación Espacial Internacional. Previas investigaciones sugerían que los positrones se podrían crear por la colisión de partículas de la materia oscura, lo que solo podría suceder si la probabilidad de la colisión de materia oscura es significativamente mayor ahora que en el universo primigenio. Los datos de Planck sugieren que la probabilidad de esas colisiones deben permanecer constantes a lo largo del tiempo teniendo en cuenta la estructura del universo y por tanto refutando la teoría previa.
  • Validación de los simples modelos de inflación, dando así a un mayor apoyo al modelo Lambda-CDM.
  • Hay solo tres tipos de neutrinos, con la propuesta de neutrino estéril improbable.

Planck in space

20 marzo 2013planck2

Objetivo

Hacer un mapa de la radiación de fondo producida por el Big Bang con una resolución y sensibilidad sin precedentes y poner a prueba las teorías sobre el nacimiento y la evolución del universo.

Misión

Planck es la máquina del tiempo de la ESA. Mira al pasado, al principio de los tiempos, cerca del Big Bang, a lo que ocurrió hace unos 13.700 millones de años. Planck analizará, con una precisión no lograda hasta el momento, los remanentes de la radiación que llenó el universo inmediatamente tras el Big Bang – una radiación observada hoy en día como el Fondo Cósmico de Microondas (CMB, Cosmic Microwave Background).

Los resultados ayudarán a los astrónomos a decidir qué teorías del nacimiento y evolución del universo son correctas, como por ejemplo, ¿inició el universo su vida con un rápido periodo de expansión?

Pero, primero, Planck debe detectar y comprender la emisión del fondo cósmico que se encuentra entre nosotros y la primera luz del universo. Los primeros datos científicos de Planck y sus primeros resultados fueron dados a conocer en enero de 2011, y los primeros resultados cosmológicos se esperan para principios de 2013.

¿Qué lo hace especial?

Planck es la primera misión europea que estudia la reliquia dejada por el Big Bang, la radiación tras esos primeros instantes.

La temperatura de esta radiación CMB ya ha sido medida a unos 2,7 K, pero Planck proporcionará medidas aún más exactas, con una precisión establecida por los límites de la astrofísica fundamental. En otras palabras, será imposible obtener imágenes mejores de esta radiación que las que obtenga Planck.planck3

Los científicos ya saben, por observaciones previas, que en el cielo aparecen áreas ligeramente más calientes o más frías – anisotropías – , con diferencias de una parte por 100.000. Estas diferencias de temperatura son las huellas dejadas en el CMB por las semillas primigenias de las inmensas concentraciones de materia actuales – por ejemplo, galaxias y cúmulos de galaxias. La alta sensibilidad de Planck dará como resultado el mejor mapa de esas anisotropías presentes en el CMB, permitiendo a los científicos aprender más sobre la evolución de la estructura del universo.

Para completar estas medidas de alta precisión, Planck observa en nueve bandas del espectro electromagnético, desde un centímetro a un tercio de milímetro, lo que corresponde al rango de la longitud de onda que va de las microondas al infrarrojo muy lejano. Los detectores de Planck se enfrían a temperaturas cercanas al cero absoluto ya que, de otro modo, su propia emisión de calor alteraría las medidas.

Planck instrument focal plane

La nave

La nave de Planck mide unos 4,2 m de alto y 4,2 m de ancho. El espejo primario mide 1,5 m y cuenta con dos instrumentos científicos: LFI (Low Frequency Instrument, Instrumento de baja frecuencia), que opera entre los 30 y los 70 GHz, y el HFI (High Frequency Instrument, Instrumento de alta frecuencia), que opera entre los 100 y los 857 GHz.

HFI completó su sondeo en enero de 2012. LFI continúa en operación.

El viaje

Planck fue lanzado el 14 de mayo de 2009 en un Ariane 5 desde el puerto espacial de la ESA en Kourou, en la Guayana francesa. Compartió viaje con la nave de Herschel, de la ESA. Las dos naves operan de manera independiente.

Planck opera desde una órbita Lissajous alrededor del segundo punto de Lagrange del sistema Sol–Tierra (L2), un punto virtual ubicado a 1,5 millones de km de la Tierra en dirección contraria al Sol.

El observatorio Planck de la ESA es una continuación de las misiones COBE (Cosmic Background Explorer) y WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), ambas de la NASA.

Participación
El contratista principal del satélite Planck fue Alcatel Alenia Space (Cannes, Francia), que lideró el consorcio de socios industriales junto con el departamento industrial de Alcatel Alenia Space en  Torino (Italia) responsable del Módulo de Servicio. ESA y el Centro Espacial Nacional de Dinamarca (Copenhague, Dinamarca, fundado por el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales de Dinamarca) fueron los responsables de proporcionar los espejos del telescopio de  Planck, fabricados por EADS Astrium (Friedrichshafen, Alemania).

El instrumento LFI (liderado por el IASF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, en Bolonia, Italia) fue diseñado y construido por un consorcio de científicos e instituciones  de Italia, Finlandia, Reino Unido, España, Estados Unidos, Alemania, Países Bajos, Suiza, Noruega, Suecia y Dinamarca.

El instrumento HFI (liderado por el Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS) en Orsay, Francia) fue diseñado y construido por un consorcio de científicos e instituciones de Francia, Estados Unidos, Reino Unido, Canadá, Italia, España, Irlanda, Alemania, Países Bajos, Dinamarca y Suiza.

Numerosa agencias contribuyeron a la financiación del hardware de los instrumentos LFI y HFI; las más destacadas son: CNES (Francia), ASI (Italia), NASA (Estados Unidos), PPARC (Reino Unido), Tekes (Finlandia), Ministerio de Educación y Ciencia (España), y ESA.

El observatorio espacial europeo Planck pesa dos toneladas y se encuentra a millón y medio de kilómetros de la Tierra en un punto de equilibrio planetario entre el Sol y la Tierra.

Planck es el sucesor de dos telescopios espaciales COBE y WMAP, ambos de la NASA. Su objetivo es elaborar el mapa más preciso posible sobre la Radiación de Fondo de Microondas (CMB-Cosmic Microwave Background). Para ello está dotado de instrumentos sensibles a las variaciones de temperatura de unas pocas millonésimas de un grado en la CMB.

Los objetivos:

  • medir las condiciones iniciales de la evolución de la estructura del Universo
  • conocer la naturaleza y cantidad de los componentes principales del Universo
  • saber más sobre la materia y la energía oscura.

planck4Conjunto de imágenes que muestra: en el centro, las nueve imágenes de todo el cielo en el rango de 30 GHz (izquierda) a 857 GHz (derecha); a la izquierda, una vista combinada de todas las fre cuencias; en el extremo derecho, la imagen de todo el cielo con las anisotropías de la temperatura de la radiación del fondo cósmico de microondas derivada de Planck. Crédito: A&A. Fuente: IAC.

Su objetivo era medir, con una resolución y sensibilidad sin precedentes, la radiación del fondo de microondas (CMB, de sus siglas en inglés) procedente del Big Bang. Esta radiación es la “luz” más antigua del Universo, emitida cuando éste tenía tan solo 380.000 años de antigüedad.

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en colaboración con la industria española, aportó el sistema de control electrónico (REBA, Radiometer Electonic Box Assembly) de uno de los dos instrumentos científicos de este satélite: el LFI o instrumento de baja frecuencia.

Asimismo, investigadores del IAC forman parte del llamado “Core Team”, que desarrolla la elaboración y explotación de los mapas de la misión, y un astrofísico de este instituto, José Alberto Rubiño, ha coordinado el grupo de ciencia con más de 50 investigadores, dedicado al estudio de cúmulos de galaxias detectados a través del efecto Sunyaev-Zeldovich que distorsiona el CMB.

Una información trascendente

Hoy, Planck es un claro éxito tanto tecnológico como científico, como pone de manifiesto el volumen especial que la revista Astronomy & Astrophysics (A&A) le ha dedicado, reuniendo la primera tanda de 31 artículos aceptados basados en los datos cosmológicos de más de 15 meses de observaciones de Planck.

Su impacto ha sido enorme y, por cuantificarlo, desde su aparición en el archivo de publicaciones astrofísicas astro-ph en 2013, han recibido casi 5.000 citas en las base de datos de ADS (Astrophysics Data System). “Todo esto es algo muy excepcional en Astrofísica y refleja la trascendencia que este satélite tiene para la comunidad científica”, subraya Rafael Rebolo, director del IAC y co-investigador de esta misión espacial, en un comunicado del IAC.

En la Colaboración Planck han participado unas 40 instituciones científicas de Europa, Estados Unidos y Canadá. La contribución española ha sido importante, no sólo por parte del IAC, que participa en esta misión desde hace más de 20 años, sino también por la de centros como el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), la Universidad de Granada, la Universidad de Cantabria, el Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA) y otras universidades, como las de Salamanca, Valencia y Oviedo.

Planck confirma la predicción clave del Big Bangplanck5

Desde que Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la radiación del fondo cósmico de microondas en 1965, lo que les hizo merecedores del Premio Nobel de Física, muchos científicos se han interesado por este remanente del Big Bang.

El estudio de esta radiación es actualmente un campo de investigación muy activo en Cosmología ya que establece los límites de los modelos cosmológicos. En particular, las observaciones del CMB confirman la predicción clave del modelo del Big Bang y, más precisamente, de lo que los cosmólogos llaman “el modelo de concordancia” de la Cosmología.

La misión Planck fue diseñada para medir la emisión de todo el cielo en nueve longitudes de onda distintas, que van desde el radio (1 cm) al infrarrojo lejano (300 micras). Varias fuentes distinguibles de la emisión ─ tanto de origen galáctico y extragaláctico ─ contribuyen a las características observadas en cada una de las nueve imágenes. Las emisiones de radio de la Vía Láctea son más prominentes en las longitudes de onda más largas, y la emisión de polvo térmica en las más cortas.

Otras galaxias contribuyen a la mezcla, sobre todo como fuentes sin resolver. En el medio del rango de longitudes de onda de Planck, el CMB domina el cielo en las latitudes galácticas intermedias y altas. Las firmas espectrales y espaciales de todas estas fuentes se utilizan para extraer una imagen de todo el cielo de las pequeñísimas anisotropías de temperatura del CMB con una precisión sin precedentes. Las propiedades de estas fluctuaciones se utilizan para inferir los parámetros que caracterizan nuestro universo en los orígenes.

Se establece una nueva “receta cósmica”

Tal y como anunciara el pasado mes de marzo, el equipo de Planck establece en estos trabajos la nueva «receta cósmica», es decir, las proporciones relativas de los ingredientes constitutivos del Universo.

La materia normal, que compone las estrellas y las galaxias, contribuye sólo con el 4,9% de la energía del Universo. Sobre la materia oscura, que hasta la fecha sólo se detecta indirectamente por su influencia gravitacional sobre las galaxias y cúmulos de galaxias, se ha encontrado que constituye el 26,8%, más que las estimaciones previas.

Por el contrario, la energía oscura, una fuerza misteriosa responsable supuestamente de la aceleración de la expansión del Universo, representa el 68,3%, menos de lo que se pensaba.

Determinación de fluctuaciones en el universo

El equipo de Planck ha estudiado igualmente las propiedades estadísticas de la CMB en gran detalle y ha exploran la distribución estadística de las anisotropías de la temperatura. No hay evidencia de ninguna desviación de la isotropía a pequeñas escalas angulares. Si bien las observaciones a escalas angulares pequeñas e intermedias coinciden muy bien con las predicciones del modelo, Planck ha proporcionado la primera evidencia indiscutible de que la distribución de las fluctuaciones primordiales no era la misma en todas las escalas y que comprende más estructura de lo esperado en escalas más grandes.

Una señal anómala aparece como una asimetría sustancial en la señal de CMB observada en los dos hemisferios opuestos del cielo: uno de los dos hemisferios parece tener una señal significativamente más fuerte en promedio. Además, los datos de Planck han servido para establecer restricciones más estrictas a las teorías de inflación cósmica.

Mapa del efecto lente gravitacional que cubre el cielo

El CMB no es sólo una imagen del Universo tomada hace 13,8 mil millones años, también es una imagen que se ha distorsionado durante su viaje debido a que los fotones del CMB interactuaron con las estructuras a gran escala con las que se encontraron (tales como cúmulos de galaxias y galaxias).

Los científicos han extraído de los datos de Planck un mapa del efecto lente gravitacional hoy visible en el CMB y que cubre todo el cielo. El mapa publicado en este artículo ofrece una nueva manera de investigar la evolución de las estructuras en el Universo durante su evolución.

Se crea el mayor catálogo de cúmulos galácticos

El grupo de ciencia que coordina Rubiño ha producido el mayor catálogo de cúmulos de galaxias basados en la distorsión del espectro del CMB, lo que se conoce como efecto Sunyaev-Zeldovich, una distorsión causada por electrones muy energéticos en los cúmulos de galaxias.

“La combinación de estas medidas de cúmulos de galaxias detectados por Planck y las medidas de las anisotropías del fondo de microondas proporcionan una herramienta astrofísica muy valiosa para caracterizar las propiedades físicas de los neutrinos y, en particular, su masa”, comenta Rubiño.

El volumen que se publica ahora incorpora la versión final de los resultados anunciados hace meses basados en las medidas de la intensidad de la radiación de microondas. El próximo mes de diciembre, la ESA y el Consorcio Planck harán públicos los resultados obtenidos sobre la polarización de esta radiación.

23:18 23.10.2013(actualizada a las 20:32 10.12.2014) URL corto.2400

La Agencia Espacial Europea (ESA) desconectó definitivamente su telescopio espacial Planck y declaró el fin de la esa importante misión científica, reveló hoy la organización europea.

La Agencia Espacial Europea (ESA) desconectó definitivamente su telescopio espacial Planck y declaró el fin de la esa importante misión científica, reveló hoy la organización europea.

“Hoy, la última orden para la desconexión de Planck fue enviada a las 12.10 GMT. La misión concluyó, dice un comentario de la ESA publicado en su cuenta en Twitter.

Antes de la desconexión, en los ordenadores fueron cargados con un programa especial que bloqueo para siempre el sistema de dirección del telescopio,  tal manera que ninguna señal ocasional pueda restablecer el funcionamiento del observatorio espacial.

El bloqueo definitivo de Planck fue una medida indispensable para evitar que el telescopio con sus señales ocasione interferencias a otros aparatos de investigación, o emita señales que puedan causar confusión a otras observaciones sobre el Universo.

El telescopio espacial Planck fue lanzado en mayo de 2009 y en sus cuatro años y medio de funcionamiento hizo labores de cartografplanck6ía del espacio y analizó los orígenes del Universo.

También estudió la radiación cósmica de fondo» o radiación cósmica microondas (CMB, en sus siglas en inglés), cuyo origen se remonta a 380.000 años después del Big Bang, explosión que se produjo hace 13.800 millones de años.

Con ayuda del Planck, los científicos de la ESA obtuvieron una imagen de la primera luz del universo, un fósil cosmológico transformado en hiperfrecuencias que surgió poco después del Big Bang, en términos astronómicos.

A partir de observaciones hechas con el telescopio, los científicos comprobaron que el universo se expande a menor velocidad de lo que se creía y aumentaron su edad en 80 millones de años más de lo estimado anteriormente.

Tras su desconexión, el Planck quedará en una órbita geocéntrica de “estacionamiento”, y posteriormente, se alejará a una distancia de 10 millones de kilómetros de la Tierra, lo que evitará un choque durante los próximos 300 años.

La fabricación y lanzamiento del telescopio Planck tuvo un monto de 600 millones de euros, y el informe final sobre su misión será publicado en 2014.

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