Planck fue un observatorio espacial operado por la Agencia Espacial Europea (ESA) de 2009 a 2013. Fue un ambicioso proyecto que tenía como objetivo mapear las anisotropías del fondo cósmico de microondas (CMB) en frecuencias de microondas e infrarrojos, con alta sensibilidad y pequeños ángulos. resolución. La misión fue un gran éxito y mejoró sustancialmente las observaciones realizadas por la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) de la NASA.
El observatorio Planck fue una fuente importante de información relevante para varias cuestiones cosmológicas y astrofísicas. Uno de sus objetivos clave era probar las teorías del Universo temprano y el origen de la estructura cósmica. La misión proporcionó importantes conocimientos sobre la composición y evolución del Universo, arrojando luz sobre la física fundamental que gobierna el cosmos.
Planck se llamó inicialmente COBRAS/SAMBA, que significa Satélite/Satélite de Anisotropía de Radiación de Fondo Cósmico para la Medición de Anisotropías de Fondo. El proyecto se inició en 1996 y posteriormente pasó a llamarse en honor al físico alemán Max Planck (1858-1947), a quien se considera ampliamente el creador de la teoría cuántica al derivar la fórmula de la radiación del cuerpo negro.
Construido en el Centro Espacial Mandelieu de Cannes por Thales Alenia Space , Planck fue creado como una misión de tamaño mediano para el programa científico a largo plazo Horizon 2000 de la ESA . El observatorio se lanzó en mayo de 2009 y alcanzó el punto L2 Tierra/Sol en julio de 2009. En febrero de 2010, había iniciado con éxito un segundo estudio de todo el cielo.
El 21 de marzo de 2013, el equipo de Planck publicó su primer mapa de todo el cielo del fondo cósmico de microondas. El mapa era de una calidad excepcional y permitió a los investigadores medir las variaciones de temperatura en el CMB con una precisión sin precedentes. En febrero de 2015, se publicó una versión ampliada que incluía datos de polarización . Los documentos finales del equipo de Planck se publicaron en julio de 2018, lo que marcó el final de la misión.
Al final de su misión, Planck fue puesto en una órbita cementerio heliocéntrica y pasivado para evitar que pusiera en peligro futuras misiones. La orden de desactivación final fue enviada a Planck en octubre de 2013.
La misión fue un éxito notable y proporcionó las mediciones más precisas de varios parámetros cosmológicos clave. Las observaciones de Planck ayudaron a determinar la edad del universo, la densidad promedio de la materia ordinaria y la materia oscura en el Universo y otras características importantes del cosmos.
La misión tenía una amplia variedad de objetivos científicos, entre ellos: [2]
Planck tenía una resolución y sensibilidad más altas que WMAP, lo que le permitía sondear el espectro de potencia del CMB a escalas mucho más pequeñas (×3). También observó en nueve bandas de frecuencia en lugar de las cinco de WMAP, con el objetivo de mejorar los modelos astrofísicos de primer plano.
Se espera que la mayoría de las mediciones de Planck se hayan visto limitadas por qué tan bien se pueden restar los primeros planos, más que por el rendimiento del detector o la duración de la misión, un factor particularmente importante para las mediciones de polarización . [ necesita actualización ] La radiación dominante en primer plano depende de la frecuencia, pero podría incluir radiación sincrotrón de la Vía Láctea en bajas frecuencias y polvo en altas frecuencias. [ necesita actualización ]
La nave espacial lleva dos instrumentos: el Instrumento de Baja Frecuencia (LFI) y el Instrumento de Alta Frecuencia (HFI). [2] Ambos instrumentos pueden detectar tanto la intensidad total como la polarización de los fotones, y juntos cubren un rango de frecuencia de casi 830 GHz (de 30 a 857 GHz). El espectro de fondo cósmico de microondas alcanza su máximo a una frecuencia de 160,2 GHz.
Los sistemas de enfriamiento pasivo y activo de Planck permiten que sus instrumentos mantengan una temperatura de -273,05 °C (-459,49 °F), o 0,1 °C por encima del cero absoluto . [3] Desde agosto de 2009, Planck fue el objeto más frío conocido en el espacio, hasta que su suministro activo de refrigerante se agotó en enero de 2012. [4]
La NASA jugó un papel en el desarrollo de esta misión y contribuye al análisis de datos científicos. Su Laboratorio de Propulsión a Chorro construyó componentes de los instrumentos científicos, incluidos bolómetros para el instrumento de alta frecuencia, un crioenfriador de 20 kelvin para los instrumentos de baja y alta frecuencia, y tecnología de amplificador para el instrumento de baja frecuencia. [5]
El LFI tiene tres bandas de frecuencia, que cubren el rango de 30 a 70 GHz y cubren las regiones de microondas a infrarrojos del espectro electromagnético. Los detectores utilizan transistores de alta movilidad electrónica . [2]
El HFI era sensible entre 100 y 857 GHz, utilizando 52 detectores bolométricos , fabricados por JPL/Caltech, [6] acoplados ópticamente al telescopio mediante óptica fría, fabricado por la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff, [7] consistentes en un triple configuración de bocina y filtros ópticos, un concepto similar al utilizado en el experimento a bordo del globo Archeops . Estos conjuntos de detección se dividen en 6 bandas de frecuencia (centradas en 100, 143, 217, 353, 545 y 857 GHz), cada una con un ancho de banda del 33%. De estas seis bandas, sólo las cuatro inferiores tienen la capacidad de medir la polarización de la radiación entrante; las dos bandas superiores no. [2]
El 13 de enero de 2012, se informó que el suministro a bordo de helio-3 utilizado en el refrigerador de dilución de Planck se había agotado y que el HFI quedaría inutilizable en unos pocos días. [8] Para esta fecha, Planck había completado cinco exploraciones completas del CMB, superando su objetivo de dos. Se esperaba que el LFI (refrigerado con helio-4 ) permaneciera operativo durante otros seis a nueve meses. [8]
Thales Alenia Space diseñó y construyó un módulo de servicio común (SVM) en su planta de Turín , tanto para las misiones del Observatorio Espacial Herschel como para Planck , combinados en un solo programa. [2]
El coste total se estima en 700 millones de euros para la misión Planck [9] y 1.100 millones de euros para la misión Herschel . [10] Ambas cifras incluyen la nave espacial y la carga útil de su misión, los gastos (compartidos) de lanzamiento y misión y las operaciones científicas.
Estructuralmente, las SVM de Herschel y Planck son muy similares. Ambos SVM tienen forma octogonal y cada panel está dedicado a acomodar un conjunto designado de unidades cálidas, teniendo en cuenta los requisitos de disipación de las diferentes unidades cálidas, de los instrumentos y de la nave espacial. En ambas naves espaciales, se utilizó un diseño común para los subsistemas de aviónica , control y medición de actitud (ACMS), gestión de datos y comando (CDMS), energía y seguimiento, telemetría y comando (TT&C). Todas las unidades del SVM son redundantes.
En cada nave espacial, el subsistema de energía consta de un panel solar , que emplea células solares de triple unión , una batería y la unidad de control de energía (PCU). La PCU está diseñada para interactuar con las 30 secciones de cada panel solar, para proporcionar un bus regulado de 28 voltios, para distribuir esta energía a través de salidas protegidas y para manejar la carga y descarga de la batería.
Para Planck , el panel solar circular está fijo en la parte inferior del satélite, siempre mirando al Sol mientras el satélite gira sobre su eje vertical.
Esta función la realiza la computadora de control de actitud (ACC), que es la plataforma para el subsistema de medición y control de actitud (ACMS). Fue diseñado para cumplir con los requisitos de orientación y giro de las cargas útiles de Herschel y Planck .
El satélite Planck gira a una revolución por minuto, con el objetivo de lograr un error absoluto de orientación inferior a 37 minutos de arco. Como Planck también es una plataforma topográfica, existe el requisito adicional de señalar un error de reproducibilidad inferior a 2,5 minutos de arco durante 20 días.
El principal sensor de línea de visión tanto en Herschel como en Planck es el rastreador de estrellas .
El satélite fue lanzado con éxito, junto con el Observatorio Espacial Herschel , a las 13:12:02 UTC del 14 de mayo de 2009 a bordo de un vehículo de lanzamiento pesado Ariane 5 ECA desde el Centro Espacial de Guayana . El lanzamiento colocó la nave en una órbita muy elíptica ( perigeo : 270 km [170 mi], apogeo : más de 1.120.000 km [700.000 mi]), acercándola al punto lagrangiano L 2 del sistema Tierra-Sol , 1.500.000 kilómetros ( 930.000 millas) de la Tierra.
La maniobra para inyectar a Planck en su órbita final alrededor de L 2 se completó con éxito el 3 de julio de 2009, cuando entró en una órbita de Lissajous con un radio de 400.000 km (250.000 millas) alrededor del punto Lagrangiano L 2 . [11] La temperatura del instrumento de alta frecuencia alcanzó sólo una décima de grado por encima del cero absoluto (0,1 K ) el 3 de julio de 2009, colocando tanto a los instrumentos de baja frecuencia como a los de alta frecuencia dentro de sus parámetros operativos criogénicos, haciendo que Planck estuviera en pleno funcionamiento. [12]
En enero de 2012, el HFI agotó su suministro de helio líquido, lo que provocó que la temperatura del detector aumentara y dejó al HFI inutilizable. El LFI continuó utilizándose hasta que finalizaron las operaciones científicas el 3 de octubre de 2013. La nave espacial realizó una maniobra el 9 de octubre para alejarla de la Tierra y su punto L 2 , colocándola en una órbita heliocéntrica , mientras que la desactivación de la carga útil se produjo el 19 de octubre. El 21 de octubre se ordenó a Planck que agotara el suministro de combustible restante; Posteriormente se realizaron actividades de pasivación , incluyendo la desconexión de baterías y la desactivación de mecanismos de protección. [13] La orden de desactivación final, que apagó el transmisor de la nave espacial, fue enviada a Planck el 23 de octubre de 2013 a las 12:10:27 UTC. [14]
Planck inició su primer All-Sky Survey el 13 de agosto de 2009. [16] En septiembre de 2009, la Agencia Espacial Europea anunció los resultados preliminares del Planck First Light Survey , que se realizó para demostrar la estabilidad de los instrumentos y la capacidad de calibrar. ellos durante largos períodos. Los resultados indicaron que la calidad de los datos es excelente. [17]
El 15 de enero de 2010, la misión se amplió 12 meses y las observaciones continuaron al menos hasta finales de 2011. Tras la conclusión exitosa del primer estudio, la nave espacial inició su segundo estudio de todo el cielo el 14 de febrero de 2010. Las últimas observaciones del El segundo All Sky Survey se realizó el 28 de mayo de 2010. [11]
Se han hecho públicos algunos datos de la lista de puntería planificada para 2009, junto con una visualización en vídeo del cielo estudiado. [dieciséis]
El 17 de marzo de 2010 se publicaron las primeras fotografías de Planck , que mostraban la concentración de polvo a 500 años luz del Sol. [18] [19]
El 5 de julio de 2010, la misión Planck entregó su primera imagen de todo el cielo. [20]
El primer resultado científico público de Planck es el catálogo de fuentes compactas de publicación anticipada, publicado durante la conferencia Planck de enero de 2011 en París. [21] [22]
El 5 de mayo de 2014 se publicó un mapa del campo magnético de la galaxia creado con Planck . [23]
El equipo de Planck y los investigadores principales Nazzareno Mandolesi y Jean-Loup Puget compartieron el Premio Gruber de Cosmología 2018 . [24] Puget también recibió el Premio Shaw de Astronomía 2018. [25]
El 21 de marzo de 2013, el equipo de investigación liderado por Europa detrás de la sonda cosmológica Planck publicó el mapa de todo el cielo del fondo cósmico de microondas de la misión. [26] [27] Este mapa sugiere que el Universo es un poco más antiguo de lo que se pensaba: según el mapa, sutiles fluctuaciones de temperatura quedaron impresas en el cielo profundo cuando el Universo tenía unos 370.000 años. La huella refleja ondas que surgieron ya en la existencia del Universo en la primera nomillonésima (10 −30 ) de segundo. Se teoriza que estas ondas dieron lugar a la actual vasta red cósmica de cúmulos galácticos y materia oscura . Según el equipo, el Universo es13,798 ± 0,037 mil millones de años, y contiene4,82% ± 0,05% materia ordinaria,26,8% ± 0,4% materia oscura y69% ± 1% energía oscura . [28] [29] [30] También se midió que la constante de Hubble era67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc . [26] [28] [31] [32] [33]
Los resultados de un análisis de la misión completa de Planck se hicieron públicos el 1 de diciembre de 2014 en una conferencia en Ferrara , Italia. [34] En febrero de 2015 se publicó un conjunto completo de documentos que detallan los resultados de la misión. [35] Algunos de los resultados incluyen:
Los científicos del proyecto también trabajaron con científicos de BICEP2 para publicar una investigación conjunta en 2015 que respondía si una señal detectada por BICEP2 era evidencia de ondas gravitacionales primordiales o era simple ruido de fondo proveniente del polvo en la Vía Láctea. [34] Sus resultados sugieren lo último. [36]
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