Descubrimiento de la radiación de fondo cósmico de microondas
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El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas constituye un avance importante en la cosmología física moderna . En 1964, el físico estadounidense Arno Allan Penzias y el radioastrónomo Robert Woodrow Wilson descubrieron el fondo cósmico de microondas (CMB) , estimando su temperatura en 3,5 K, mientras experimentaban con la antena de cuerno de Holmdel . [1] [2] Las nuevas mediciones fueron aceptadas como evidencia importante de un universo temprano caliente ( teoría del big bang ) y como evidencia contra la teoría rival del estado estacionario [3] ya que el trabajo teórico alrededor de 1950 [4] mostró la necesidad de un CMB para la coherencia con los modelos de universo relativistas más simples . En 1978, Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física por su medición conjunta. Había habido una medición previa de la radiación cósmica de fondo (CMB) por Andrew McKellar en 1941 a una temperatura efectiva de 2,3 K utilizando líneas de absorción estelar CN observadas por WS Adams. [5] Aunque McKellar no hace ninguna referencia al CMB, no fue hasta mucho más tarde [6] después de las mediciones de Penzias y Wilson que se comprendió la importancia de esta medición.
Historia
A mediados del siglo XX, los cosmólogos habían desarrollado dos teorías diferentes para explicar la creación del universo. Algunos apoyaban la teoría del estado estacionario , que afirma que el universo siempre ha existido y continuará sobreviviendo sin cambios notables. Otros creían en la teoría del Big Bang , que afirma que el universo se creó en un evento masivo similar a una explosión hace miles de millones de años (que luego se determinó que fue aproximadamente 13.800 millones de años ).
En 1941, Andrew McKellar utilizó las observaciones espectroscópicas de WS Adams de las líneas de absorción de CN en el espectro de una estrella de tipo B para medir una temperatura de fondo de cuerpo negro de 2,3 K. McKellar se refirió a su detección como una "temperatura 'rotacional' de las moléculas interestelares", sin hacer referencia a una interpretación cosmológica, afirmando que la temperatura "tendrá su propio significado, tal vez limitado". [5]
Más de dos décadas después, en 1964, mientras trabajaban en las instalaciones de Bell Telephone Laboratories en la cima de Crawford Hill en Holmdel, Nueva Jersey , Arno Penzias y Robert Wilson estaban experimentando con una antena de bocina supersensible de 6 metros (20 pies) construida originalmente para detectar ondas de radio que rebotaban en los satélites de globos Echo . [2] Para medir estas débiles ondas de radio, tuvieron que eliminar todas las interferencias reconocibles de su receptor. Eliminaron los efectos del radar y la transmisión de radio , y suprimieron la interferencia del calor en el propio receptor enfriándolo con helio líquido a −269 °C, solo 4 K por encima del cero absoluto .
Cuando Penzias y Wilson redujeron sus datos, encontraron un ruido bajo, constante y misterioso que persistía en su receptor. Este ruido residual era 100 veces más intenso de lo que esperaban, se extendía uniformemente por el cielo y estaba presente día y noche. Estaban seguros de que la radiación que detectaron en una longitud de onda de 7,35 centímetros no provenía de la Tierra , el Sol o nuestra galaxia . Después de revisar minuciosamente su equipo, quitar algunas palomas que anidaban en la antena y limpiar los excrementos acumulados , el ruido permaneció. Ambos concluyeron que este ruido provenía de fuera de nuestra propia galaxia, aunque no conocían ninguna fuente de radio que lo explicara.
En esa misma época, Robert H. Dicke , Jim Peebles y David Wilkinson , astrofísicos de la Universidad de Princeton, a sólo 60 km de distancia, se preparaban para buscar radiación de microondas en esta región del espectro. Dicke y sus colegas razonaron que el Big Bang debe haber dispersado no sólo la materia que se condensó en las galaxias, sino que también debe haber liberado una tremenda explosión de radiación. Con la instrumentación adecuada, esta radiación debería ser detectable, aunque en forma de microondas, debido a un enorme corrimiento al rojo .
Cuando su amigo Bernard F. Burke , profesor de física en el MIT , le contó a Penzias sobre un artículo preimpreso que había visto de Jim Peebles sobre la posibilidad de encontrar radiación residual de una explosión que llenó el universo al principio de su existencia, Penzias y Wilson comenzaron a darse cuenta de la importancia de lo que creían que era un nuevo descubrimiento. Las características de la radiación detectada por Penzias y Wilson encajaban exactamente con la radiación predicha por Robert H. Dicke y sus colegas de la Universidad de Princeton. Penzias llamó a Dicke a Princeton, quien inmediatamente le envió una copia del artículo de Peebles aún no publicado. Penzias leyó el artículo y volvió a llamar a Dicke y lo invitó a Bell Labs para mirar la antena de bocina y escuchar el ruido de fondo. Dicke, Peebles, Wilkinson y PG Roll interpretaron esta radiación como una firma del Big Bang.
Para evitar posibles conflictos, decidieron publicar sus resultados de forma conjunta. Se enviaron dos notas a la revista Astrophysical Journal Letters . En la primera, Dicke y sus colaboradores subrayaron la importancia de la radiación cósmica de fondo como fundamento de la teoría del Big Bang. [3] En una segunda nota, firmada conjuntamente por Penzias y Wilson y titulada "Una medición del exceso de temperatura de la antena a 4080 megaciclos por segundo", informaron de la existencia de un ruido de fondo residual de 3,5 K, que permanece después de tener en cuenta un componente de absorción del cielo de 2,3 K y un componente instrumental de 0,9 K, y atribuyeron una "posible explicación" a la dada por Dicke en su carta complementaria. [1]
En 1978, Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento conjunto. Compartieron el premio con Pyotr Kapitsa , quien lo ganó por un trabajo no relacionado. [7] En 2019, Jim Peebles también recibió el Premio Nobel de Física, “por descubrimientos teóricos en cosmología física”. [8]
Bibliografía
- Aaronson, Steve (enero de 1979). "La luz de la creación: una entrevista con Arno A. Penzias y Robert W. Wilson". Bell Laboratories Record : 12–18.
- Abell, George O. (1982). Exploración del universo. 4.ª ed . Filadelfia: Saunders College Publishing. ISBN 9780030585029.
- Asimov, Isaac (1982). Enciclopedia biográfica de ciencia y tecnología de Asimov. 2.ª ed . Nueva York: Doubleday & Company, Inc.
- Bernstein, Jeremy (1984). Tres grados sobre cero: los Laboratorios Bell en la era de la información. Nueva York: Charles Scribner's Sons. ISBN 978-0-684-18170-7.
- Brush, Stephen G. (agosto de 1992). "Cómo la cosmología se convirtió en una ciencia". Scientific American . 267 (2): 62–70. Bibcode :1992SciAm.267b..62B. doi :10.1038/scientificamerican0892-62.
- Chown, Marcus (29 de septiembre de 1988). "Una reliquia cósmica en tres grados". New Scientist . 119 : 51–55. Código Bibliográfico :1988NewSc.119...51C.
- Crawford, AB; Hogg, DC; Hunt, LE (julio de 1961). "Proyecto Echo: una antena reflectora de bocina para comunicaciones espaciales". The Bell System Technical Journal . 40 : 1095–1099. doi :10.1002/j.1538-7305.1961.tb01639.x.
- Disney, Michael (1984). El universo oculto . Nueva York: Macmillan Publishing Company. ISBN. 978-0-02-531670-6.
- Ferris, Timothy (1978). El límite rojo: la búsqueda del borde del universo. 2.ª ed . Nueva York: Quill Press.
- Friedman, Herbert (1975). El asombroso universo. Washington, DC: National Geographic Society. ISBN. 978-0-87044-179-0.
- Hola, JS (1973). La evolución de la radioastronomía . Nueva York: Neale Watson Academic Publications, Inc. ISBN 978-0-88202-027-3.
- Jastrow, Robert (1978). Dios y los astrónomos. Nueva York: WW Norton & Company, Inc. ISBN 978-0-393-01187-6.
- Kirby-Smith, HT (1976). Observatorios de Estados Unidos: directorio y guía de viajes . Nueva York: Van Nostrand Reinhold Company. ISBN 978-0-442-24451-4.
- Learner, Richard (1981). Astronomía a través del telescopio. Nueva York: Van Nostrand Reinhold Company. ISBN 978-0-442-25839-9.
Referencias
- ^ ab Penzias, AA; RW Wilson (julio de 1965). "Una medición del exceso de temperatura de la antena a 4080 Mc/s". Astrophysical Journal Letters . 142 : 419–421. Bibcode :1965ApJ...142..419P. doi : 10.1086/148307 .
- ^ ab Overbye, Dennis (5 de septiembre de 2023). «De regreso a Nueva Jersey, donde comenzó el universo: hace medio siglo, un radiotelescopio en Holmdel, Nueva Jersey, envió a dos astrónomos 13.800 millones de años atrás en el tiempo y abrió una ventana cósmica por la que los científicos han estado escudriñando desde entonces». The New York Times . Archivado desde el original el 5 de septiembre de 2023 . Consultado el 5 de septiembre de 2023 .
- ^ ab Dicke, RH; Peebles, PJE; Roll, PJ; Wilkinson, DT (julio de 1965). "Radiación cósmica del cuerpo negro". Astrophysical Journal Letters . 142 : 414–419. Bibcode :1965ApJ...142..414D. doi :10.1086/148306.
- ^ Sciama, DW (1990). Mandolesi, N.; Vittorio, N. (eds.). "El impacto del descubrimiento del CMB en la cosmología teórica". El fondo cósmico de microondas: 25 años después . Biblioteca de Astrofísica y Ciencia Espacial. Dordrecht: Springer Netherlands: 1–15. doi :10.1007/978-94-009-0655-6_1. ISBN 978-94-009-0655-6.
- ^ ab McKellar, A. (1941). "Líneas moleculares de los estados más bajos de moléculas diatómicas compuestas de átomos probablemente presentes en el espacio interestelar". Publicaciones del Observatorio Astrofísico Dominion . 7 (6). Vancouver, BC, Canadá: 251–272. Código Bibliográfico :1941PDAO....7..251M.
- ^ Thaddeus, P. (1972). "El espectro de longitud de onda corta del fondo de microondas". Revista anual de astronomía y astrofísica . 10 : 10(1), 305–334. Bibcode :1972ARA&A..10..305T. doi :10.1146/annurev.aa.10.090172.001513.
- ^ "El Premio Nobel de Física 1978". NobelPrize.org . Nobel Prize Outreach AB . Consultado el 9 de febrero de 2022 .
- ^ "El Premio Nobel de Física 2019". NobelPrize.org . Nobel Prize Outreach AB . Consultado el 9 de febrero de 2022 .
Enlaces externos
- " Antena de bocina para astronomía y astrofísica ". Servicio de Parques Nacionales, Departamento del Interior.
