Equipo de la NASA volará en globo buscando evidencia de inflación cosmológica

Ahora que los científicos han confirmado la existencia de ondas gravitacionales, se establece un equipo de la NASA para buscar una firma prevista de las ondas gravitatorias primordiales que probarían que el universo infantil se ha ampliado mucho más rápido que la velocidad de la luz y empezó a crecer exponencialmente casi instantáneamente después del Big Bang.

Científico de la NASA Al Kogut buscará evidencia de inflación cosmológica, con un Observatorio de globo llamado PIPER.

Créditos: NASA / w. Hrybyk

Más tarde este año, el científico de la NASA Al Kogut y su equipo en el Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland, a volar una carga de balón avanzada — el explorador de polarización de la inflación Primordial, o PIPER — encontrar pruebas de esta acelerada expansión, llamada inflación cosmológica.

Según la teoría, la inflación habría generado ondas gravitacionales, que son las perturbaciones pequeñas en el tejido del espacio-tiempo. Estas ondas habría dejado una huella en la polarización de la radiación de fondo cósmica, el remanente de la luz desde la creación del universo que baña el cielo en todas direcciones.

Resultados científicos desde dos observatorios de la NASA que estudiaron la radiación de fondo revelaron pistas tentadoras que hizo la inflación, de hecho, ocurren. Encontraron diferencias de temperatura minúsculas en la radiación de la posluminiscencia que señaló las diferencias de densidad que eventualmente dieron origen a las estrellas y las galaxias hoy. Las observaciones también mostraron que las diferencias de densidad fueron notablemente uniformes en todas direcciones y que la geometría del universo es plana — características físicas atribuibles a la inflación.

Profundas consecuencias

PIPER encuentra la firma demostrando que el universo se infló desde un punto infinitamente pequeño a escala macroscópica dentro de una nano-nano-nano-segundo del Big Bang, el descubrimiento tendría profundas consecuencias para la cosmología y física de gran energía.

Mientras que la física clásica, como teoría general de Albert Einstein de la relatividad — funciona perfectamente para describir la gravedad en la escala macroscópica (donde las manzanas caen al suelo y la Tierra orbita el Sol), cae aparte para el cálculo de los resultados en subatómica, o cuántica, escalas. Además de establecer la inflación como una realidad física, el descubrimiento de PIPER daría a físicos el vínculo entre la gravedad y la mecánica cuántica

Aunque otras teorías también explican estas dinámicas, no explican la existencia de primordiales ondas gravitacionales creadas cuando el universo se ha inflado a dimensiones astronómicas. A pesar de repetidos intentos, hasta ahora nadie ha descubierto estas ondas o su firma de polarización testigo — lo que los cosmólogos llaman modo B.

"Si lo encontramos, será prueba observacional directa que la gravedad obedece a la mecánica cuántica", dice Kogut. "No se ha todavía elaborado una teoría coherente de gravedad cuántica; evidencia observacional que la gravedad obedecen a la mecánica cuántica sería un gran desarrollo."

Este esquema muestra la carga del globo PIPER y el diseño de sus instrumentos. Principal Investigator Al Kogut y su plan de equipo una prueba de funcionamiento del Observatorio en junio, siguiendo con el primero de varios vuelos de ciencia en septiembre.

Créditos: NASA

Se acerca la fecha del vuelo

En junio, el equipo tiene previsto realizar un recorrido de prueba con una unidad de prueba de ingeniería con un vuelo en globo científico de instalación científica globo del Columbia de la NASA en Palestina, Texas. Un seguimiento de la misión está previsto para septiembre con un vuelo en globo científico durante la noche del sitio de lanzamiento de la NASA en Fort Sumner, Nuevo México, para obtener una vista del hemisferio norte. Para estudiar la luz remanente desde el hemisferio sur, el equipo planea volar PIPER de Alice Springs, Australia; sin embargo, un lanzamiento no todavía programado.

PIPER finalmente puede volar varias veces desde los Estados Unidos y Australia, aumento de los 120.000 pies sobre la Tierra donde la atmósfera se diluye en el vacío del espacio.

Observatorio de vanguardia

PIPER es un Observatorio de vanguardia, altamente sensible. Sobre el tamaño y el peso de la furgoneta, el Observatorio está equipado con dos telescopios, desarrollado por el Goddard detectores superconductores con bandas de longitud de onda de infrarrojo lejano y un módulo de polarización variable retraso limpiamente revelar luz polarizada.

Porque la señal de polarización es por lo menos 100 veces más débil que la señal de temperatura detectada por anteriores misiones de la NASA y aún más frío que la radiación de fondo en sí misma, PIPER debe operar bajo temperaturas súper frías para evitar que el calor generado por el instrumento abrume la señal débil. Como resultado, el telescopio, incluyendo los detectores y modulador de polarización, se colocará dentro de un cubo que Dewar lleno con helio líquido para mantener un escarchado - 457 grados Fahrenheit.

Difícil medición

A pesar de su incomparable sensibilidad, misión de PIPER es difícil.

Anteriores misiones de la NASA identificaron la señal E modo, que exhibe un arreglo circular o radial a través del cielo. Su detección se refirió a los electrones liberados y tiempo cuando la luz de los átomos de hidrógeno ionizados en las estrellas primera de los protones. El modo B muy buscado, por el contrario, prefiere un patrón twisty. Detección difícil es el hecho de que diferentes fenómenos astrofísicos producirá tanto.

Los astrónomos han descubierto esto la manera dura. En 2014, los astrónomos con el experimento de fondo imágenes de cósmico Extragalactic polarización (BICEP2) en el polo sur anunciaron que había detectado la polarización del modo B. Sin embargo, la euforia duró poco. Un análisis minucioso de los datos recogidos por el Observatorio Keck matriz del polo sur y Planck de la ESA revela que la señal llegó en lugar del polvo en la Vía Láctea.

Anteriores misiones de la NASA identificaron polarización E-modo en el fondo cósmico de microondas, la luz remanente desde la creación del universo. La señal E modo deriva de un período posterior, cuando la luz ultravioleta de las estrellas comenzaron a remover electrones de los átomos de hidrógeno, radiaciones ionizantes . PIPER está buscando evidencia de ondas gravitatorias primordiales y su señal de polarización de telltale, modo B.

Créditos: NASA

"BICEP2 no tenía suficiente información", explicó Harvey Moseley, un cosmólogo de Goddard quien ha colaborado con Kogut en el desarrollo de tecnologías necesarias para sondear el universo muy temprano.

Aunque BICEP2 observó un parche de 400 Plaza de grados del cielo cerca del poste del sur de la Vía Láctea — una región libre de gran parte del polvo que llena el disco estelar, telescopio vieron gama de una única frecuencia. Templó su instrumento a 150 GHz, que es favorable para los estudios de la radiación de fondo. Para ser verdaderamente cosmológica en la naturaleza, sin embargo, la medición debe y han sido cruzada en múltiples frecuencias.

En contraste, PIPER observará todo el cielo en cuatro frecuencias diferentes, 200, 270, 350 y 600 GHz — para discriminar entre el polvo y la inflación primordial, dice Kogut. Esto asegura que el equipo será capaz de eliminar la señal de polvo.

Además, PIPER va a volar desde un globo científico de altura para evitar las emisiones de la atmósfera de la Tierra. Si existen las ondas gravitacionales, PIPER detectará su firma a un factor de tres más débil que el menor valor predicho por los modelos inflacionarios, dijo Kogut. Además, el telescopio llevará a cabo su tarea 100 veces más rápido que cualquier observatorio terrestre.

Bueno, de cualquier manera

Incluso si PIPER no puede detectar la firma, la comunidad científica todavía precursor de la misión un éxito. "Va a ser un gran problema si encuentran la señal, pero también será un gran problema si PIPER no puede verla,", dijo Moseley. "Significa que tenemos que llegar a un modelo diferente de lo que sucedió en el universo temprano".

Globos científicos de la NASA ofrecen acceso de bajo costo, cerca de espacio para instrumentos científicos en la libra de 4.000 o más clase de peso para llevar a cabo investigaciones científicas en campos como la astrofísica y heliofísica investigación atmosférica.

Wallops Flight Facility de la NASA, en Virginia, administra el programa de vuelo de globo científico de la agencia, con año de 10 a 15 vuelos cada uno de los sitios de lanzamiento en todo el mundo. ATK orbital, que opera la NASA Columbia científica globo Facility (CSBF), en Palestina, Texas, proporciona la misión planificación, servicios de ingeniería y operaciones de campo para la NASA de científico programa de globo. El equipo de la CSBF ha lanzado globos científicos más de 1.700 en los más de 35 años de operación.

Lori Keesey NASA Goddard Space Flight Center

Editor: Lynn Jenner

Traducción: El Quelonio Volador