EL FONDO DE MICROONDAS Y SU ANISOTROPIA


    En 1965 Arno Penzias y Bob Wilson trabajando con el radiotelescopio de Holmdel detectaron un exceso de ruido que eran incapaces de explicar. Este exceso de ruido era isotrópico, es decir, que no dependía de la dirección en la que la antena fuera apuntada, y esto fue interpretado como una detección de la radiación residual del Big Bang llamada habitualmente Radiación Cósmica de Fondo (RCF) o Cosmic Microwave Background (CMB).

    Así en una entrega del Astrophysical Journal de 1965 aparecía un breve artículo de Penzias y Wilson anunciando humildemente un exceso de ruido en su antena equivalente a una radiación isótropa de 3,5±1 K de temperatura medida a una longitud de onda de 7 cm

    Medidas posteriores de la radiación a diferentes longitudes de onda resultaron consistentes con una distribución de Planck de cuerpo negro y en 1990, gracias al satélite COBE (Cosmic Background Explorer), se pudo fijar la temperatura actual de la RCF con gran precisión en 2,728±0,02 K.

    Además, dicha isotropía coincidía con las predicciones de Einstein (y Galileo) de equivalencia de todo sistema de referencia.

    Pero un análisis más detallado nos indica que este fondo no es isótropo sino anisótropo.
 
 

Los datos del COBE produjeron un mapa del cielo observable con una anisotropía dipolar muy ligera. La parte roja es más caliente y la zona azul más fría, de forma que la escala de colores se ha diseñado para mostrar una variación de -3.5 a +3.5 mK sobre los 2.728 K de media.

    Aún así esto nos lleva a pensar que se está produciendo un efecto Dopler por el movimiento de la Tierra a través del espacio. Analizando este efecto Dopler se deduce que la Tierra se mueve a una velocidad de 370 Km/s con respecto al universo observable. (Para hacer comparaciones tengamos en cuenta que las superficie terrestre gira a 0.46 Km/s y que la Tierra gira a unos 30 Km/s alrededor del Sol)

    Para sorpresa de todos la dirección en la que produce este movimiento no está en el plano galáctico como se podría suponer por el movimiento del Sol alrededor de la galaxia (en la imagen el ecuador galáctico corresponde con el semieje mayor de la elipse), sino en una dirección casi opuesta. A partir de aquí y la velocidad calculada para el giro del Sol alrededor de la galaxia (unos 230 Km/s) se puede hallar vectorialmente el desplazamiento de nuestra galaxia por el espacio, que es de casi 600 Km/s.

    El CMB es entonces el sistema de referencia estandar para la cosmología, pues respecto a este marco la observación del universo es básicamente isótropa. Se trata de un sistema de referencia privilegiado, lo cual parece ir en contra de la teoría de la relatividad Einstein pero es el sistema de referencia respecto al cual la expansión del universo parece más simple. Se habla así de movimiento del Sistema Solar con respecto a un sistema de referencia comovil con la expansión del universo.
Previamente la NASA había hecho un experimento con la intención de detectar el movimiento del Sol alrededor de la galaxia mediante aviones U2, obteniendo el siguiente plano siguiendo el mismo código de colores que se usó posteriormente con el COBE:

Se podría decir que nos estamos moviendo hacia la constelación de Leo (o alejándonos de Acuario) a más de un millón de Km por hora.
 
 
 
 

    La imagen del COBE vista arriba es la correspondiente a un ajuste para apreciar diferencias de milésimas de grado.

Si filtramos el efecto Dopler del desplazamiento de nuestro sistema solar (el dipolo), tendremos una imagen uniforme y totalmente isótropa. Pero si además ajustamos la imagen para apreciar diferencias de cienmilésimas tenemos que se aprecia en el ecuador el brillo de nuestra galaxia, el cual también puede ser eliminado por ordenador y así se obtiene la siguiente imagen
 


en la que se aprecia la estructura grumosa y no unifirme del universo extragaláctico. Lo que nos lleva a una segunda forma de anisotropía en la observación del universo profundo. La explicación actual es que estos "grumos" podrían ser los precursores de los cúmulos galácticos.
 

La cuestión final es que el universo no es isótropopo sino ANISOTROPO y EXISTE UN SISTEMA DE REFERENCIA  PRIVILEGIADO  es el sistema de referencia en comovimiento:

Esto es un sistema respecto del cual el universo en expansión resulta más sencillo. Para este sistema hemos de pensar que nuestro cúmulo de galaxias no ha de ser privilegiado y podemos pensar en las galaxias (o cúmulos, o supercúmulos, según su fondo de microondas) como en reposo, o al menos con un movimiento "lento" medido observando desde ellas al fondo de microondas, de modo similar a como lo está la nuestra.
Supongamos ahora que estas galaxias están fijadas a la superficie de un globo en expansión (mejor a la hipersuperficie tridimensional de una hiperesfera tetradimensional).

Al inflarse el globo las distancias entre las galaxias aumentan aunque en realidad están en reposo (o casi), cosa que se podría apreciar al observar el fondo de microondas desde ellas, que sería de la misma temperatura en todas. Así tendríamos que cada galaxia es un sistema de referencia privilegiado y a la vez existirá un TIEMPO CóSMICO de referencia para todo el universo.
 

 

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