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Punto frío del CMB

El área rodeada por un círculo es el punto frío. Las líneas negras en el mapa CMB de Planck indican cada constelación; el punto frío está en la constelación de Eridanus. El círculo azul es la línea ecuatorial en la esfera celeste. Imagen generada con Celestia .
El área rodeada por un círculo es el punto frío en el WMAP.

El punto frío del CMB o punto frío WMAP es una región del cielo que se ve en microondas y que se ha descubierto que es inusualmente grande y fría en relación con las propiedades esperadas de la radiación de fondo de microondas cósmica (CMBR). El "punto frío" es aproximadamente 70 μK (0,00007  K ) más frío que la temperatura media del CMB (aproximadamente 2,7 K), mientras que la raíz cuadrada media de las variaciones de temperatura típicas es de solo 18 μK. [1] [nota 1] En algunos puntos, el "punto frío" es 140 μK más frío que la temperatura media del CMB. [2]

El radio del "punto frío" es de unos 5° y su centro se encuentra en la coordenada galáctica l II = 207,8° , b II = −56,3° ( ecuatorial : α = 03 h 15 m 05 s , δ = −19° 35′ 02″). Se encuentra, por tanto, en el hemisferio sur celeste , en dirección a la constelación de Eridanus .

Por lo general, las mayores fluctuaciones de la temperatura del CMB primordial ocurren en escalas angulares de aproximadamente 1°. Por lo tanto, una región fría tan grande como el "punto frío" parece muy improbable, dados los modelos teóricos generalmente aceptados. Existen varias explicaciones alternativas, incluida la llamada Supervacío de Eridanus o Gran Vacío que puede existir entre nosotros y el CMB primordial (los vacíos en primer plano pueden causar puntos fríos contra el CMB). Un vacío de este tipo afectaría al CMB observado a través del efecto Sachs-Wolfe integrado , y sería una de las estructuras más grandes del universo observable . Esta sería una región extremadamente grande del universo, aproximadamente de 150 a 300 Mpc o 500 millones a mil millones de años luz de diámetro y de 6 a 10 mil millones de años luz de distancia, [3] en el corrimiento al rojo , conteniendo una densidad de materia mucho menor que la densidad promedio en ese corrimiento al rojo. [ cita requerida ]

Descubrimiento y significado

El satélite Planck también observó el punto frío del CMB con una importancia similar. Imagen generada con el programa Celestia.

En el primer año de datos registrados por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP), se descubrió que una región del cielo en la constelación de Eridanus era más fría que el área circundante. [4] Posteriormente, utilizando los datos recopilados por WMAP durante 3 años, se estimó la significancia estadística de una región tan grande y fría. Se encontró que la probabilidad de encontrar una desviación al menos tan alta en simulaciones gaussianas era del 1,85%. [5] Por lo tanto, parece improbable, pero no imposible, que el punto frío fuera generado por el mecanismo estándar de fluctuaciones cuánticas durante la inflación cosmológica , que en la mayoría de los modelos inflacionarios da lugar a estadísticas gaussianas. El punto frío también puede ser, como se sugiere en las referencias anteriores, una señal de fluctuaciones primordiales no gaussianas.

Algunos autores han puesto en duda la significación estadística de este punto frío. [6]

En 2013, el punto frío del CMB también fue observado por el satélite Planck [7] con una importancia similar, descartando la posibilidad de que fuera causado por un error sistemático del satélite WMAP.

Posibles causas distintas a la fluctuación de temperatura primordial

El gran "punto frío" forma parte de lo que se ha llamado un " eje del mal " (llamado así porque fue inesperado ver una estructura como ésta). [8]

Supervacío

La huella media de ISW que 50 supervacíos tienen en el Fondo Cósmico de Microondas : [9] [ aclaración necesaria ] escala de color de -20 a +20 μK.

Una posible explicación del punto frío es un enorme vacío entre nosotros y el CMB primordial . Si hay un gran vacío, se puede observar una región más fría que las líneas de visión circundantes, ya que un vacío de este tipo provocaría una mayor cancelación entre el efecto Sachs-Wolfe integrado de "tiempo tardío" y el efecto Sachs-Wolfe "ordinario". [10] Este efecto sería mucho menor si la energía oscura no estirara el vacío a medida que los fotones lo atravesaban. [11]

Rudnick et al . [12] encontraron una caída en el número de galaxias del NVSS en la dirección del Punto Frío, lo que sugiere la presencia de un gran vacío. Desde entonces, algunos trabajos adicionales han puesto en duda la explicación del "supervacío". La correlación entre la caída del NVSS y el Punto Frío resultó ser marginal utilizando un análisis estadístico más conservador. [13] Además, un estudio directo de galaxias en varios campos de un grado cuadrado dentro del Punto Frío no encontró evidencia de un supervacío. [14] Sin embargo, la explicación del supervacío no ha sido descartada por completo; sigue siendo intrigante, ya que los supervacíos parecen capaces de afectar al CMB de manera mensurable. [9] [15] [16]

Un estudio de 2015 muestra la presencia de un supervacío que tiene un diámetro de 1.800 millones de años luz y está centrado a 3.000 millones de años luz de nuestra galaxia en dirección al Punto Frío, probablemente asociado a él. [11] Esto lo convertiría en el vacío más grande detectado y una de las estructuras más grandes conocidas. [17] [nota 2] Mediciones posteriores del efecto Sachs-Wolfe también muestran su probable existencia. [18]

Aunque se sabe que existen grandes vacíos en el universo, un vacío tendría que ser excepcionalmente vasto para explicar el punto frío, tal vez 1.000 veces más grande en volumen que los vacíos típicos esperados. Estaría a entre 6.000 y 10.000 millones de años luz de distancia y tendría casi mil millones de años luz de diámetro, y sería tal vez incluso más improbable que se produjera en la estructura a gran escala que el punto frío de WMAP en el CMB primigenio.

Un estudio de 2017 [19] informó que los estudios no mostraban evidencia de que los vacíos asociados en la línea de visión pudieran haber causado el Punto Frío del CMB y concluyó que, en cambio, podría tener un origen primordial.

Una cosa importante para confirmar o descartar el efecto Sachs-Wolfe integrado en el tiempo tardío es el perfil de masa de las galaxias en el área, ya que el efecto ISW se ve afectado por el sesgo de galaxias que depende de los perfiles de masa y los tipos de galaxias. [20] [21]

En diciembre de 2021, el Dark Energy Survey (DES), analizando sus datos, presentó más evidencia de la correlación entre el supervacío de Eridanus y el punto frío del CMB. [22] [23]

Textura cósmica

A finales de 2007, ( Cruz et al. ) [24] argumentaron que el Punto Frío podría deberse a una textura cósmica , un remanente de una transición de fase en el Universo temprano.

Universo paralelo

Una afirmación controvertida de Laura Mersini-Houghton es que podría ser la huella de otro universo más allá del nuestro, causada por el entrelazamiento cuántico entre universos antes de que se separaran por la inflación cósmica . [3] Laura Mersini-Houghton dijo: "La cosmología estándar no puede explicar un agujero cósmico tan gigante" y formuló la hipótesis de que el punto frío WMAP es "... la huella inconfundible de otro universo más allá del borde del nuestro". Si es cierto, esto proporciona la primera evidencia empírica de un universo paralelo (aunque ya existían modelos teóricos de universos paralelos). También apoyaría la teoría de cuerdas . [ cita requerida ] El equipo afirma que hay consecuencias comprobables para su teoría. Si la teoría del universo paralelo es cierta, habrá un vacío similar en el hemisferio opuesto de la esfera celestial [25] [26] (que New Scientist informó que está en el hemisferio celestial sur; los resultados del estudio de la matriz de Nuevo México informaron que está en el norte). [3]

Otros investigadores han modelado el punto frío como resultado potencial de colisiones de burbujas cosmológicas, nuevamente antes de la inflación. [27] [28] [19]

Un sofisticado análisis computacional (utilizando la complejidad de Kolmogorov ) ha derivado evidencia de un punto frío al norte y al sur en los datos satelitales: [29] "...entre las regiones de alta aleatoriedad está la anomalía no gaussiana del sur, el Punto Frío, con una estratificación esperada para los vacíos. Se revela la existencia de su contraparte, un Punto Frío del Norte con propiedades de aleatoriedad casi idénticas entre otras regiones de baja temperatura".

Estas predicciones y otras se hicieron antes de las mediciones (ver Laura Mersini ). [ cita requerida ] Sin embargo, aparte del Punto Frío del Sur, los diversos métodos estadísticos en general no logran confirmarse entre sí con respecto al Punto Frío del Norte. [30] Se observó que el "mapa K" utilizado para detectar el Punto Frío del Norte tenía el doble de la medida de aleatoriedad medida en el modelo estándar. Se especula que la diferencia se debe a la aleatoriedad introducida por los vacíos (se especuló que los vacíos no contabilizados eran la razón de la mayor aleatoriedad por encima del modelo estándar). [31]

Sensibilidad al método de búsqueda

El punto frío es principalmente anómalo porque sobresale en comparación con el anillo relativamente caliente que lo rodea; no es inusual si solo se considera el tamaño y la frialdad del punto en sí. [6] Más técnicamente, su detección y significación dependen del uso de un filtro compensado como una ondícula de sombrero mexicano para encontrarlo. [ cita requerida ]

Véase también

Notas

  1. ^ Después de restar la anisotropía dipolar , que se debe al desplazamiento Doppler de la radiación de fondo de microondas debido a nuestra velocidad peculiar en relación con el sistema de reposo cósmico comóvil , esta característica es consistente con el movimiento de la Tierra a unos 627 km/s hacia la constelación de Virgo .
  2. ^ Una afirmación de Szapudi et al. afirma que el vacío recién descubierto es la "estructura más grande jamás identificada por la humanidad". Sin embargo, otra fuente informa que la estructura más grande es el supercúmulo correspondiente a la sobredensidad del GRB NQ2-NQ4 a 10 mil millones de años luz.

Referencias

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