¿Qué implicaciones tienen los nuevos resultados de Planck para la detección de las 'huellas' del Big Bang anunciado por BICEP2?

Fue el hallazgo científico del año. En marzo, la colaboración científica del telescopio BICEP2 (ubicado en el Polo Sur) anunció a los cuatro vientos la detección de las huellas de las ondas gravitacionales producidas instantes después del Big Bang. Era la primera evidencia experimental de la teoría de la inflación cósmica, propuesta por Alan Guth en los ochenta para explicar la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales (aquí puedes ver el vídeo de la conferencia inaugural que Guth dio en ICHEP2014 en Valencia).

Los científicos de BICEP2 informaron de la detección de ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo producidas en ese proceso de expansión ultrarrápida, mediante el análisis de la polarización de la radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), una radiación electromagnética procedente directamente del Big Bang, su eco.

Cuando BICEP2 detectó un tipo de polarización (modo B) en el eco del Big Bang, los científicos aseguraron estar ante la prueba irrefutable (la pistola humeante) de que la inflación cósmica existió. En ese momento, el interés se trasladó al satélite de la Agencia Espacial Europea (ESA) Planck, que estudia precisamente el CMB, para confirmar (o refutar) esta observación, sobre todo en lo que concierne a la estimación del polvo cósmico en las observaciones de BICEP2. (Puedes ver el vídeo de la presentación de resultados que hizo la colaboración BICEP2 en ICHEP2014 Valencia)

El polvo galáctico fue subestimado

Ahora, la colaboración Planck acaba de hacer públicos sus primeros resultados sobre la emisión polarizada del polvo galáctico en la misma región que observa BICEP2. La principal conclusión de estos datos preliminares es que el equipo de BICEP2 subestimó este efecto en su medida de la polarización del CMB. BICEP2 usó modelos del polvo para estimar su emisión en la región observada, pero el telescopio sólo tenía una frecuencia de observación (150 GHz), y por tanto no podía distinguir entre señal cosmológica y emisión debida al polvo.

Planck dispone de 9 frecuencias de observación (entre 30 y 900 GHz) y por tanto tiene la capacidad de distinguirlas. Los nuevos resultados de Planck demuestran que la emisión del polvo está al mismo nivel que los resultados de BICEP2. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el margen de error de Planck en el campo tan pequeño que observó BICEP2 (aproximadamente un 1% de todo el cielo) no es despreciable, por lo que tampoco se puede afirmar que toda la señal de BICEP2 fuera debida al polvo. (Aquí la presentación que la colaboración Planck hizo en ICHEP2014 Valencia)

En relación a la teoría de inflación, estos nuevos resultados la dejan en una situación muy similar a la de antes del anuncio de BICEP2: existe un límite superior para la señal primigenia del fondo de ondas gravitacionales (y por tanto para la energía de inflación), y que este límite ya lo dio Planck en los primeros resultados cosmológicos que se publicaron en 2013.

Se espera que Planck publique los resultados cosmológicos de todos los datos de la misión, incluidos los de polarización, en noviembre próximo. Estos datos, que cubren todo el cielo, van a permitir mejorar significativamente el error de los parámetros cosmológicos del modelo estándar. En particular, los datos de polarización de Planck para todo el cielo son suficientemente sensibles como para determinar si la huella de las ondas gravitacionales de inflación tiene o no una amplitud como la que BICEP2 anunció en marzo pasado.

Ayuda de otros experimentos

Otros experimentos en marcha como Keck Array (continuación de BICEP2 situado también en la Antártida, pero con más sensibilidad y dos frecuencias de observación, 100 y 150 GHz) o el experimento QUIJOTE en Tenerife, pueden arrojar más luz al asunto. QUIJOTE cubre las frecuencias entre 10 y 50 GHz mediante tres instrumentos (uno de ellos funcionando). Liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), el experimento tiene sensibilidad para detectar una señal cósmica como la de BICEP2. Se espera que a finales de 2015 pueda tener los primeros resultados.

Sin embargo, el experimento que se supone definitivo para la detección y caracterización de las ondas gravitacionales de inflación será la misión CORE+ (Cosmic ORigins Explorer), que se prepara para la nueva convocatoria de misiones ESA y que, en caso de ser seleccionada, se lanzaría en 2025.

Existe un acuerdo de colaboración entre Planck y BICEP2 para determinar con más precisión si toda la señal detectada por el telescopio en la región de cielo que observó a 150 GHz es debida al polvo, o hay una parte que podría achacarse al fondo de ondas gravitacionales. En este trabajo, la contribución de los modos B debidos a la emisión polarizada del polvo interestelar se está evaluando usando principalmente el canal de Planck a 353 GHz. Los resultados de esta colaboración se espera que se hagan públicos de manera simultánea con los resultados cosmológicos de Planck 2014.

Con información facilitada por Enrique Martínez, investigador del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC) participante en la colaboración científica Planck.

Publicación: "Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes", arXiv:1409.5738