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Observatorio del Teide

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CMB
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DESCRIPCIÓN GENERAL
Imagen del CMB

Desde 1984, se han realizado numerosos experimentos en el Observatorio del Teide con la intención de medir la radiación del fondo cósmico de microondas (FCM) y determinar su espectro de potencia angular en escalas que van desde unos pocos grados hasta varios minutos de arco.

Las fluctuaciones de la densidad de materia primordiales que han dado lugar a la actual estructura del Universo dejaron sus huellas en variaciones espaciales del FCM.

A partir de mapas de alta sensibilidad de esta radiación se espera delimitar los parámetros cosmológicos más relevantes: la densidad total de materia/energía, la densidad de materia oscura fría, la densidad de materia bariónica, el ritmo de expansión del universo, la densidad de energía oscura, la densidad de neutrinos, la época de reionización, etc.

HISTORIA

Los estudios del FCM empezaron en el Observatorio del Teide a mediados de 1980 como resultado de una colaboración entre el Nuffield Radio Astronomy Laboratories (actualmente Jodrell Bank Observatory) de la Universidad de Manchester y el Instituto de Astrofísica de Canarias. Un conjunto de tres instrumentos, designados conjuntamente como "Experimento Tenerife del Fondo Cósmico de Microondas", fueron instalados entre 1984 y 1990 para medir las anisotropías del FCM en el rango de frecuencias 10-33 GHz, con una resolución angular de unos 5 grados. Estos experimentos fueron los primeros en proveer una confirmación independiente del descubrimiento de las anisotropías en el FCM realizado por el satélite COBE (NASA).

Otros experimentos posteriores que se han realizado en el Observatorio del Teide son: los bolómetros IAC-Barto, el interferómetro JB-IAC (que sirvió de prototipo para VSA), y, finalmente, COSMOSOMAS y VSA.

DATOS TÉCNICOS

En la actualidad hay dos experimentos operando en el observatorio del Teide: el "Very Small Array" (VSA) y el experimento COSMOSOMAS.

El experimento VSA es un proyecto conjunto entre el grupo de astrofísica del Laboratorio Cavendish (Cambridge, Reino Unido), el "Jodrell Bank Observatory" de la Universidad de Manchester y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Se instaló durante el año 1999 y empezó sus operaciones en octubre de 2000.

El experimento VSA tiene 14 antenas, cada una semejante a una antena receptora de televisión por satélite, aunque de sólo 30 cm de diámetro. Cada antena observa a una frecuencia de 33 GHz. Los receptores están basados en los más modernos modelos de transistores de alta movilidad electrónica, y están enfriados criogénicamente a una temperatura de 15 K (-258 ºC).

La técnica de observación en el experimento VSA consiste en disponer las antenas como un conjunto interferométrico un método en el que han sido los astrónomos de Cambridge los pioneros. El conjunto mide la señal del FCM, que es extremadamente débil y común a todas las antenas receptoras. Sin embargo, esta técnica de observación permite sustraer la radiación terrestre y atmosférica no deseada debido a que ésta llega en diferentes instantes a cada una de las antenas receptoras, con diferencias temporales del orden de la mil millonésima de segundo. Con esta técnica se pueden realizar observaciones de alta resolución a un coste moderado.

El experimento COSMOSOMAS fue diseñado y construido completamente en el IAC y empezó sus operaciones en 1998. Consiste en dos instrumentos similares, COSMO11 y COSMO15, ideados para realizar mapas de las estructuras cosmológicas en escalas angulares intermedias, y también de la emisión difusa de nuestra galaxia. Ambos instrumentos observan el cielo mediante una técnica de barrido circular, creada por el movimiento rotatorio de un espejo plano circular a 60 r.p.m. que dirige la radiación recibida del cielo hacia una antena parabólica colocada fuera de eje, cuyo tamaño es de 1,8 m en el caso de COSMO15 y de 2,4 m en el de COSMO11.

Estas antenas focalizan la radiación en sendos receptores enfriados criogénicamente, y que también se basan en transistores de alta movilidad electrónica. La temperatura de operaciones es de 20 K (-253 ºC) y el rango de frecuencias observado es de 10-12 GHz en COSMO11 y de 12-18 GHz en COSMO15.

En el instrumento COSMO15, la señal se separa mediante tres filtros, permitiendo observar simultáneamente a 13, 15 y 17 GHz.

RESULTADOS RELEVANTES

-Cosmología. VSA ha obtenido mapas con una gran sensibilidad de la emisión de microondas (con una resolución de 11 minutos de arco, véase la figura) de determinadas regiones del cielo. Un análisis detallado ha mostrado que las características observadas en estos mapas están dominadas por señales del FCM primordiales, es decir, se crearon cuando el universo tenía tan sólo 380.000 años. Un análisis estadístico de estos mapas ha permitido inferir propiedades globales de nuestro universo. En particular, se ha encontrado que la densidad de materia y energía es tal que la geometría espacial del universo es plana.

También se han obtenido límites sobre el contenido de materia del Universo, así como estimaciones independientes de la densidad bariónica, en buen acuerdo con los resultados obtenidos a partir de la nucleosíntesis en el modelo de Big Bang.

-Nuestra galaxia. Con COSMOSOMAS se han obtenido 4 mapas de 1 grado de resolución de ¼ parte del cielo. Estos mapas han permitido el estudio de los mecanismos responsables de la emisión en microondas de nuestra galaxia. El principal descubrimiento es el de una emisión de microondas anómala en un complejo molecular en la zona de Auriga-Perseo (véase la figura). Esta radiación no puede entenderse en términos de los mecanismos de emisión clásicos (sincrotrón, libre-libre y polvo vibracional). Esta emisión anómala puede ser debida a la radiación emitida por dipolos eléctricos de moléculas con una rotación elevada; una nueva idea propuesta hace unos pocos años.

FUTURO

Con la nueva configuración (actualizada en el año 2005), el VSA proveerá de imágenes de alta sensibilidad del FCM con unos pocos minutos de arco de resolución. De estas imágenes se espera obtener una información valiosa sobre la materia oscura y la energía oscura en el universo, sobre la distribución a gran escala de cúmulos de galaxias, o incluso poner límites a la masa de los neutrinos.

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