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Punto frío 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 del WMAP.

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

El radio del "punto frío" es inferior a unos 5°; está centrado 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 celeste Sur , en dirección a la constelación de Eridanus .

Normalmente, las mayores fluctuaciones de la temperatura primordial del CMB 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, incluido el llamado Eridanus Supervoid o Gran Vacío que puede existir entre nosotros y el CMB primordial (los vacíos en primer plano pueden causar puntos fríos contra el CMB). Tal vacío afectaría el 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 de 500 millones a mil millones de años luz de diámetro y de 6 a 10 mil millones de años luz de distancia, [3] con corrimiento al rojo , y que contendría una densidad de materia mucho menor que la densidad promedio en ese corrimiento al rojo. [ cita necesaria ]

Descubrimiento y significado

El satélite Planck también observó la mancha fría 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 importancia estadística de una región tan grande y fría. Se encontró que la probabilidad de encontrar una desviación al menos tan alta en las simulaciones gaussianas era del 1,85%. [5] Por lo tanto, parece poco probable, pero no imposible, que el punto frío haya sido 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, como se sugiere en las referencias anteriores, ser una señal de fluctuaciones primordiales no gaussianas.

Algunos autores cuestionaron la importancia estadística de este punto frío. [6]

En 2013, el punto frío 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 denominado un ' eje del mal ' (llamado así porque era inesperado ver una estructura como esta). [8]

supervacío

La huella ISW media que tienen 50 supervacíos en el fondo cósmico de microondas : [9] [ se necesita aclaración ] escala de colores de -20 a +20 μK.

Una posible explicación del punto frío es un enorme vacío entre nosotros y el CMB primordial . Se puede observar una región más fría que las líneas de visión circundantes si hay un gran vacío, ya que dicho vacío causaría una mayor cancelación entre el efecto Sachs-Wolfe integrado "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 y cols . [12] encontraron una caída en el número de galaxias NVSS en dirección a la Mancha Fría, lo que sugiere la presencia de un gran vacío. Desde entonces, algunos trabajos adicionales han puesto en duda la explicación del "supervacío". Se encontró que la correlación entre la caída del NVSS y el punto frío era marginal utilizando un análisis estadístico más conservador. [13] Además, un estudio directo de galaxias en varios campos de un grado cuadrado dentro de la Mancha Fría no encontró evidencia de un supervacío. [14] Sin embargo, la explicación supervoid no se ha descartado 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 a la Mancha Fría, probablemente asociado con ella. [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 muestran también su probable existencia. [18]

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

Un estudio de 2017 [19] informó sobre encuestas que no muestran evidencia de que los vacíos asociados en la línea de visión pudieran haber causado el punto frío CMB y concluyó que, en cambio, puede tener un origen primordial.

Una cosa importante para confirmar o descartar el efecto Sachs-Wolfe integrado tardío es el perfil de masa de las galaxias en el área, ya que el efecto ISW se ve afectado por el sesgo de las 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 de CMB. [22] [23]

textura cósmica

A finales de 2007, ( Cruz et al. ) [24] argumentaron que la Mancha Fría 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 un entrelazamiento cuántico entre universos antes de que fueran separados 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". De ser cierto, esto proporciona la primera evidencia empírica de un universo paralelo (aunque anteriormente existían modelos teóricos de universos paralelos). También apoyaría la teoría de cuerdas . [ cita necesaria ] El equipo afirma que existen consecuencias comprobables para su teoría. Si la teoría del universo paralelo es cierta, habrá un vacío similar en el hemisferio opuesto de la esfera celeste [25] [26] (que New Scientist informó que estaba en el hemisferio celeste sur; los resultados del estudio de matriz de Nuevo México informó que estaba en el norte). [3]

Otros investigadores han modelado el punto frío como potencialmente el resultado 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 se encuentra la anomalía no gaussiana del sur, el Punto Frío, con Se revela una estratificación esperada para los vacíos. 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 necesaria ] 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 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 del aumento de la aleatoriedad por encima del modelo estándar). [31]

Sensibilidad al método de búsqueda.

El punto frío es principalmente anómalo porque se destaca en comparación con el anillo relativamente caliente que lo rodea; no es inusual si se considera sólo el tamaño y la frialdad del lugar en sí. [6] Más técnicamente, su detección e importancia depende del uso de un filtro compensado como una wavelet de sombrero mexicano para encontrarlo. [ cita necesaria ]

Ver 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 marco de reposo cósmico en movimiento . Esta característica es consistente con la Tierra moviéndose a unos 627 km/s hacia la constelación de Virgo .
  2. ^ Una afirmación de Szapudi et al afirma que el vacío recién encontrado 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 de GRB NQ2-NQ4 a 10 mil millones de años luz.

Referencias

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