24 de mar de 2013

Resultados parciais do observatório espacial Planck (março/2013)

Domingos SL Soares

Publicado originalmente na página do autor em 22 de março 2013

Foram divulgados os resultados das observações do observatório espacial Planck, realizadas durante os primeiros 15,5 meses da missão. Planck é um observatório espacial, dedicado ao estudo da Radiação de Fundo de Micro-ondas (RFM), da Agência Espacial Europeia, com grande participação da NASA. Destacarei a seguir alguns pontos divulgados pela agência de notícias da NASA sobre estes resultados.

Antes chamo a atenção para dois aspectos fundamentais:

  1.  O Planck mede apenas anisotropias da RFM e não o seu valor absoluto. Este aspecto é importante e será oportunamente apreciado. Então é importante ter isto em mente. Vejam a este propósito COSMOS:19jul10. Lembrem-se: todas as vezes em que se disser “Planck mediu a RFM” leia-se “Planck mediu AS ANISOTROPIAS da RFM”.

  2. Todas as conclusões e resultados deduzidos a partir das observações são inequivocamente feitos dentro do viés do Modelo Padrão da Cosmologia (MPC). Isto é normal pois todo resultado experimental é analisado a partir de hipóteses de trabalho consensuais. E o MPC é o consenso atual em cosmologia, mas não possui consenso total pois ainda não é — e não sabemos se um dia será — uma teoria comprovada.
Vamos lá então. 



March 20, 2013

PLANCK MISSION BRINGS UNIVERSE INTO SHARP FOCUS
WASHINGTON -- The Planck space mission has released the most accurate and detailed map ever made of the oldest light in the universe, revealing new information about its age, contents and origins.

The map results suggest the universe is expanding more slowly than scientists thought, and is 13.8 billion years old, 100 million years older than previous estimates. The data also show there is less dark energy and more matter, both normal and dark matter, in the universe than previously known. Dark matter is an invisible substance that only can be seen through the effects of its gravity, while dark energy is pushing our universe apart. The nature of both remains mysterious.

O primeiro parágrafo deveria dizer que Planck mediu as flutuações da RFM. Mas isto não é uma grande manchete, então diz-se que ele mediu a luz mais antiga do universo.

Todas os resultados sobre idade e conteúdo de matéria e energia são feitos dentro das premissas do MPC. É interessante saber que o universo é 100 milhões de anos mais velho do que se acreditava... Notem a afirmação de que tanto a matéria escura quanto a energia escura são... escuras, i.e., misteriosas e desconhecidas, ainda. Para desespero dos partidários do MPC.

The map, based on the mission's first 15.5 months of all-sky observations, reveals tiny temperature fluctuations in the cosmic microwave background, ancient light that has traveled for billions of years from the very early universe to reach us. The patterns of light represent the seeds of galaxies and clusters of galaxies we see around us today.

Agora sim: flutuações de temperatura, as quais são obtidas diretamente das flutuações das intensidades das anisotropias da RFM. Um dos postulados necessários do MPC é de que estas flutuações constituem as sementes para o colapso gravitacional primitivo que levou à formação das estrelas e galáxias, e, eventualmente, de nós!

“As that ancient light travels to us, matter acts like an obstacle course getting in its way and changing the patterns slightly,” said Charles Lawrence, the U.S. project scientist for Planck at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Calif. “The Planck map reveals not only the very young universe, but also matter, including dark matter, everywhere in the universe.”

Como reza o MPC: a radiação quente do início do universo esfriou ao longo do tempo devido à expansão do espaço, até chegar a esta RFM correspondente a gélidos 2,7 K. Durante o resfriamento ela interage com a matéria e a distribuição desta mesma matéria pode ser modelada, a partir da RFM observada hoje. É difícil de crer no resultado final, mas tem gente que acredita...

The age, contents and other fundamental traits of our universe are described in a simple model developed by scientists, called the standard model of cosmology. These new data have allowed scientists to test and improve the accuracy of this model with the greatest precision yet. At the same time, some curious features are observed that don't quite fit with the simple picture. For example, the model assumes the sky is the same everywhere, but the light patterns are asymmetrical on two halves of the sky, and there is a cold spot extending over a patch of sky that is larger than expected.

Aqui temos problema real. A destruição do MPC pode vir de dentro dele mesmo. A falta de simetria das observações nos dois hemisférios da esfera celeste é realmente inesperada e pode estar dizendo, por exemplo, que a RFM, afinal de contas, não é cósmica coisa nenhuma.

Planck launched in 2009 and has been scanning the skies ever since, mapping the cosmic microwave background, the afterglow of the theorized big bang that created our universe. This relic radiation provides scientists with a snapshot of the universe 370,000 years after the big bang. Light existed before this time, but it was locked in a hot plasma similar to a candle flame, which later cooled and set the light free.

Aos 370.000 anos de idade o universo tornou-se transparente para os fótons da radiação e ela passou a viajar desimpedida pelo universo enquanto ele expandia e se esfriava. É a história contada pelo MPC.

The cosmic microwave background is remarkably uniform over the entire sky, but tiny variations reveal the imprints of sound waves triggered by quantum fluctuations in the universe just moments after it was born. These imprints, appearing as splotches in the Planck map, are the seeds from which matter grew, forming stars and galaxies. Prior balloon-based and space missions learned a great deal by studying these patterns, including NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) and the Cosmic Background Explorer (COBE), which earned the 2006 Nobel Prize in Physics.

Quanto prêmio Nobel de 2006 não posso deixar de recomendar a leitura de meu comentário no JC e-mail.

Planck is the successor to these satellites, covering a wider range of light frequencies with improved sensitivity and resolution. Its measurements reveal light patterns as small as one-twelfth of a degree on the sky.

"Planck is like the Ferrari of cosmic microwave background missions," said Krzysztof Gorski, a U.S Planck scientist at JPL. "You fine tune the technology to get more precise results. For a car, that can mean an increase in speed and winning races. For Planck, it results in giving astronomers a treasure trove of spectacular data, and bringing forth a deeper understanding of the properties and history of the universe."

COBE, fusquinha, WMAP, Ford Ka, Planck, Ferrari! Realmente, houve progresso.

The newly estimated expansion rate of the universe, known as Hubble's constant, is 67.15 plus or minus 1.2 kilometers/second/megaparsec. A megaparsec is roughly 3 million light-years. This is less than prior estimates derived from space telescopes, such as NASA's Spitzer and Hubble, using a different technique. The new estimate of dark matter content in the universe is 26.8 percent, up from 24 percent, while dark energy falls to 68.3 percent, down from 71.4 percent. Normal matter now is 4.9 percent, up from 4.6 percent.

Complete results from Planck, which still is scanning the skies, will be released in 2014.

Todos estes números são obtidos dentro da perspectiva do MPC e referem-se, principalmente, ao conteúdo de matéria e energia do universo da cosmologia padrão.
  •   Constante de Hubble: 67,15 ± 1,2 (km/s)/Mpc (antes 72). A precisão é assustadora, nível de incerteza de 1σ, e refere-se à consistência interna do método utilizado; em outras palavras, não é a incerteza real, i.e, a chamada incerteza externa. De qualquer forma a equação é simples: constante de Hubble menor, menos energia escura (ver abaixo). É uma consequência do famoso dilema da idade do universo. Leiam, por favor, o meu artigo sobre isto

  • Matéria escura não bariônica: 26,8% (antes 24%). Componente de matéria exótica, totalmente desconhecida, e absolutamente necessária no MPC.

  •  Matéria normal (matéria bariônica = prótons mais nêutrons): 4,9% (antes 4,6%). Nunca podemos esquecer aqui: destes 5% somente 0,5% (meio por cento) são reais, isto é, observados, não escuros. Quer dizer, existe também um problema de matéria normal escura.

  •  Energia escura, a “estrela” do MPC: 68,3% (antes 71,4%). Lembrem-se: ninguém faz a mínima ideia do que é isto. Só que tem que ser energia, i.e., a densidade de energia desta “coisa” é da ordem de grandeza da sua pressão. Densidade de energia e pressão têm as mesmas dimensões físicas, para quem se esqueceu, e a matéria possui densidade de energia muito maior do que a pressão que exerce. (Alguns de meus ex-alunos devem se lembrar de um exercício sobre esta questão.)


Os cientistas do MPC têm bastante trabalho pela frente, como vemos, para acomodar os novos resultados do Planck em seus modelos teóricos.

O boletim completo da NASA está disponível em http://www.nasa.gov/mission_pages/planck/news/planck20130321.html. Vejam lá as belas imagens das observações do Planck, inclusive da assimetria hemisférica mencionada acima.

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