Planck fue un observatorio espacial operado por la Agencia Espacial Europea (ESA) entre 2009 y 2013. Se trataba de un ambicioso proyecto cuyo objetivo era cartografiar las anisotropías del fondo cósmico de microondas (CMB) en frecuencias de microondas e infrarrojas, con alta sensibilidad y resolución angular. La misión tuvo 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 diversas cuestiones cosmológicas y astrofísicas. Uno de sus objetivos principales era poner a prueba las teorías sobre el Universo primitivo y el origen de la estructura cósmica. La misión proporcionó información importante sobre la composición y evolución del Universo, arrojando luz sobre la física fundamental que gobierna el cosmos.
Inicialmente, Planck se llamó COBRAS/SAMBA, acrónimo de Satélite de Anisotropía de Radiación de Fondo Cósmico/Satélite para la Medición de Anisotropías de Fondo. El proyecto comenzó en 1996 y luego fue rebautizado en honor al físico alemán Max Planck (1858-1947), considerado el creador de la teoría cuántica al deducir la fórmula para 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 Horizonte 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 sondeo 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 artículos 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 colocado en una órbita heliocéntrica y pasivado para evitar que pusiera en peligro futuras misiones. La orden final de desactivación 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 materia ordinaria y 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 una sensibilidad mayores que WMAP, lo que le permitía estudiar el espectro de potencia del CMB a escalas mucho más pequeñas (×3). También observaba 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 hayan estado limitadas por la capacidad de sustraer los primeros planos, en lugar de por el rendimiento del detector o la duración de la misión, un factor particularmente importante para las mediciones de polarización . [ necesita actualización ] La radiación de primer plano dominante depende de la frecuencia, pero podría incluir la radiación de sincrotrón de la Vía Láctea en frecuencias bajas y polvo en frecuencias altas. [ 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 del fondo cósmico de microondas alcanza un máximo a una frecuencia de 160,2 GHz.
Los sistemas de refrigeración pasivos y activos 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 de refrigerante activo se agotó en enero de 2012. [4]
La NASA ha desempeñado un papel en el desarrollo de esta misión y contribuye al análisis de los 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 amplificación para el instrumento de baja frecuencia. [5]
El LFI tiene tres bandas de frecuencia que cubren el rango de 30 a 70 GHz y abarcan las regiones de microondas e infrarrojos del espectro electromagnético. Los detectores utilizan transistores de alta movilidad de electrones . [2]
El HFI fue sensible entre 100 y 857 GHz, utilizando 52 detectores bolométricos , fabricados por JPL/Caltech, [6] acoplados ópticamente al telescopio a través de óptica fría, fabricada por la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff, [7] que consiste en una configuración de triple bocina y filtros ópticos, un concepto similar al utilizado en el experimento Archeops transportado en globos. 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, solo 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 de que el suministro 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 esa fecha, Planck había completado cinco exploraciones completas del CMB, superando su objetivo de dos. Se esperaba que el LFI (enfriado 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 para las misiones del Observatorio Espacial Herschel y Planck , combinadas en un único programa. [2]
Se estima que el coste total será de 700 millones de euros para la misión Planck [9] y de 1.100 millones de euros para la misión Herschel . [10] Ambas cifras incluyen la nave espacial y la carga útil de la misión, los gastos (compartidos) de lanzamiento y misión y las operaciones científicas.
Estructuralmente, los 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, así como de la nave espacial. En ambas naves espaciales, se utilizó un diseño común para los subsistemas de aviónica , control de actitud y medición (ACMS), comando y gestión de datos (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.
En el caso de Planck , el panel solar circular está fijado en la parte inferior del satélite, siempre orientado hacia el Sol mientras el satélite gira sobre su eje vertical.
Esta función la realiza el ordenador de control de actitud (ACC), que es la plataforma del subsistema de control y medición 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 velocidad de una revolución por minuto, con el objetivo de lograr un error absoluto de apuntamiento inferior a 37 minutos de arco. Como Planck también es una plataforma de sondeo, existe el requisito adicional de que el error de reproducibilidad de apuntamiento sea 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 de Lagrange L 2 del sistema Tierra-Sol , a 1.500.000 kilómetros (930.000 mi) 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 mi) alrededor del punto de Lagrange 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 el instrumento de baja frecuencia como el de alta frecuencia dentro de sus parámetros operativos criogénicos, haciendo que Planck estuviera completamente operativo. [12]
En enero de 2012, el HFI agotó su suministro de helio líquido, lo que provocó que la temperatura del detector aumentara y dejara inutilizable el HFI. El LFI continuó utilizándose hasta que las operaciones científicas finalizaron el 3 de octubre de 2013. La nave espacial realizó una maniobra el 9 de octubre para alejarse 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 su suministro de combustible restante; las actividades de pasivación se llevaron a cabo más tarde, incluida la desconexión de la batería y la desactivación de los mecanismos de protección. [13] El comando de desactivación final, que apagó el transmisor de la nave espacial, se envió a Planck el 23 de octubre de 2013 a las 12:10:27 UTC. [14]
El 13 de agosto de 2009, Planck inició su primer sondeo de todo el cielo . [16] En septiembre de 2009, la Agencia Espacial Europea anunció los resultados preliminares del sondeo de primera luz de Planck , que se realizó para demostrar la estabilidad de los instrumentos y la capacidad de calibrarlos durante largos períodos. Los resultados indicaron que la calidad de los datos es excelente. [17]
El 15 de enero de 2010, la misión se prolongó doce meses y las observaciones continuaron al menos hasta finales de 2011. Tras la conclusión exitosa del primer sondeo, la nave espacial inició su segundo sondeo del cielo el 14 de febrero de 2010. Las últimas observaciones del segundo sondeo del cielo se realizaron el 28 de mayo de 2010. [11]
Se han publicado algunos datos de la lista de apuntamiento planificada para 2009, junto con una visualización en vídeo del cielo estudiado. [16]
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 lanzamiento anticipado, 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 utilizando 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 de la misión del fondo cósmico de microondas. [26] [27] Este mapa sugiere que el Universo es ligeramente más antiguo de lo que se pensaba: según el mapa, las fluctuaciones sutiles en la temperatura se imprimieron en el cielo profundo cuando el Universo tenía alrededor de 370.000 años. La huella refleja ondulaciones que surgieron tan temprano en la existencia del Universo como la primera nonillonésima (10 −30 ) de un segundo. Se teoriza que estas ondulaciones dieron lugar a la vasta red cósmica actual de cúmulos galácticos y materia oscura . Según el equipo, el Universo es13.798 ± 0.037 mil millones de años y contiene4,82% ± 0,05% de materia ordinaria,26,8% ± 0,4% de materia oscura y69% ± 1% de 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] Un conjunto completo de documentos que detallan los resultados de la misión se publicó en febrero de 2015. [35] Algunos de los resultados incluyen:
Los científicos del proyecto también trabajaron con los 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 del polvo en la galaxia de la Vía Láctea. [34] Sus resultados sugieren esto último. [36]
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