Mira el universo desde el fondo de la tierra.

Los científicos Argonne Lindsey Bleem y Clarence Chang hablan sobre cómo es buscar señales del universo temprano desde el telescopio del Polo Sur.

La luz emitida hace miles de millones de años podría ayudar a resolver misterios perdurables sobre la evolución del universo. El telescopio del Polo Sur está diseñado para detectar esta luz, conocida como fondo cósmico de microondas (CMB). Una colaboración entre más de 20 universidades y laboratorios nacionales, el South Pole Telescope comenzó a operar en 2007. Utiliza detectores desarrollados y fabricados en Argón.

Aquí, dos físicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) hablan sobre su trabajo con el Telescopio del Polo Sur y por qué es importante. Lindsey Plame recopila y analiza datos en el telescopio, y Clarence Chang desarrolla detectores superconductores para el telescopio. Las propiedades especiales de los materiales superconductores los hacen atractivos y únicos para aplicaciones no solo en telescopios, sino también en máquinas de imágenes por resonancia magnética (MRI) y aceleradores de partículas.

Consulte también la historia de audio de Argonne Voices para obtener más información sobre su investigación y escuchar datos sorprendentes sobre la Antártida.

P: ¿Qué es el fondo cósmico de microondas y qué nos dice sobre el universo?

Chang: El fondo cósmico de microondas es la señal que se produjo cuando el universo tenía unos 380.000 años. Corresponde al período en el que el universo se desplazó de este plasma supercaliente donde los protones y electrones volaban hasta que, después de que el universo se había enfriado lo suficiente, los protones y electrones pudieron formar átomos.

Hoy, esta señal aparece en las longitudes de onda más largas, en el rango de microondas (unos pocos milímetros). Entonces, al estudiar el universo y mirarlo en estas longitudes de onda, podemos mirar el universo temprano, básicamente, tomar una fotografía de un bebé.

Plame: Sabemos desde que se descubrió por primera vez en la década de 1960 que el CMB es increíblemente uniforme. Las anomalías en la temperatura, que siguen a los cambios en la densidad de este plasma temprano del que habla Clarence, son solo una parte en 100.000. Sabemos que estas pequeñas fluctuaciones deben crecer durante la vida de todo el universo.

Además de darnos esta hermosa imagen, efectivamente, del universo de un niño, la luz emitida en ese momento viajaba durante toda la vida del universo, 14 mil millones de años. Interactuó con todas las estructuras formadas desde estas edades tempranas. Así que podemos estudiar las huellas dactilares muy diminutas que estas estructuras hacen en el CMB para obtener los procesos y la física que ocurrieron entre el momento en que se emitieron y el día de hoy.

P: ¿Cómo haces eso?

Plame: Lo hacemos a través de dos análisis científicos importantes y diferentes. Uno se llama lente gravitacional. Aquí es donde las masas astronómicas a lo largo de la línea de visión pueden desviar el camino de la luz.

El segundo es la física que ocurre cuando los fotones, la luz del fondo cósmico de microondas, pueden dispersar material en estas estructuras interferentes. Podemos rastrear este proceso de dispersión y luego mapear las estructuras a lo largo de nuestra línea de visión, lo que puede ayudarnos a explorar cosas como la energía oscura, que afecta en gran medida la capacidad de formarse de estructuras realmente masivas como los cúmulos de galaxias.

P: ¿Y por qué debería estar el telescopio en el Polo Sur?

Plame: La Antártida en sí, como probablemente puedas imaginar en las fotos, es muy fría. Es muy seco. Es el desierto más grande del mundo. Esto lo convierte en un gran lugar para la astronomía que hacemos en el South Pole Telescope. Nuestro telescopio monitorea longitudes de onda milimétricas. El agua atmosférica suaviza las longitudes de onda milimétricas que nos interesan, y la vibración alrededor de las moléculas de agua puede agregar una enorme fuente de ruido a los datos. Entonces tenemos que ir a estos lugares secos y remotos para hacer estas observaciones. Y resulta que la Antártida es el mejor lugar de la Tierra para hacer esto, seguida por el Desierto de Atacama en Chile.

P: ¿Cómo es trabajar en ese entorno?

CHANG: Estamos en la Antártida porque está seco. Esta sequía es excelente para nuestras observaciones. Pero como humanos, nos gusta un poco de humedad en el aire. Esto es algo que es un poco desafiante y también puede interferir con cómo van las cosas día tras día.

Plame: Sí. No es el más amigable de los humanos. Tu piel se agrietará. Las heridas no cicatrizan bien en la Antártida. No es bueno que las computadoras estén en ese ambiente seco. De hecho, teníamos un humidificador que explotó en una de nuestras computadoras para que funcionara mucho más feliz.

P: ¿Cómo se relaciona su trabajo en Argonne con el telescopio?

Chang: En Argonne hemos desarrollado tecnología superconductora para detectores. Estos detectores deben medir fotones bastante largos en longitud de onda, generalmente un milímetro, 2 milímetros, 3 milímetros. La tecnología de cámara típica, como la que se usa en nuestros teléfonos, incluso si se lleva al extremo, todavía no ve estos fotones muy bien. De hecho, no los ve en absoluto.

Entonces tenemos que crear una nueva tecnología para hacer eso. En esencia, esto significa comprender, controlar y luego manipular los materiales superconductores para producir estos reactivos verdaderamente sensibles y muchos de ellos. En Argonne existe un sólido programa en la investigación de materiales básicos y su aplicación a diferentes tecnologías.

Plame: También hemos vinculado el desarrollo de nuestro detector muy de cerca a todo el trabajo que se está realizando con las últimas supercomputadoras en Argonne Leadership Computing Facility, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. De esta forma somos capaces de realizar importantes predicciones teóricas que nos permiten correlacionar nuestras observaciones con el telescopio del Polo Sur con predicciones de diferentes modelos cosmológicos sobre lo que deberíamos ver.

Entonces, existe una interconexión realmente fuerte en Argonne, no solo entre los cosmólogos y las instalaciones de fabricación de materiales y los científicos, sino también con nuestros maravillosos expertos en computación.