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Planck não encontra novas evidências de anomalias cósmicas
As anisotropias do fundo de microondas cósmico, ou CMB, como observado pela missão Planck da ESA. O CMB é um instantâneo da luz mais antiga em nosso cosmos, impressa no céu quando o Universo tinha apenas 380 mil anos de idade. Ele mostra pequenas flutuações de temperatura que correspondem a regiões de densidades ligeiramente diferentes, representando as sementes de toda estrutura futura: as estrelas e as galáxias de hoje. A primeira vista nesta seqüência mostra anisotropias na temperatura do CMB na resolução total obtida por Planck. Na segunda visão, as anisotropias de temperatura foram filtradas para mostrar principalmente o sinal detectado em escalas em torno de 5º no céu. A terceira visão mostra as anisotropias de temperatura filtrada com uma indicação adicional da direção da fração polarizada do CMB. Uma pequena fração do CMB é polarizada – ela vibra na direção preferida. Este é o resultado do último encontro dessa luz com os elétrons, pouco antes de iniciar sua jornada cósmica. Por essa razão, a polarização do CMB retém informações sobre a distribuição da matéria no início do Universo, e seu padrão no céu segue o das pequenas flutuações observadas na temperatura do CMB. Estas imagens baseiam-se nos dados da versão Planck Legacy, o release final da missão, publicado em julho de 2018. Crédito: ESA / Planck Collaboration
O satélite Planck, da ESA, não encontrou novas evidências para as intrigantes anomalias cósmicas que apareceram em seu mapa de temperatura do Universo. O estudo mais recente não exclui a relevância potencial das anomalias, mas significa que os astrônomos precisam trabalhar ainda mais para entender a origem dessas características intrigantes.
Os últimos resultados do Planck vêm de uma análise da polarização da radiação Cósmica de Microondas (CMB) – a luz mais antiga da história cósmica, liberada quando o Universo tinha apenas 380 mil anos de idade.
A análise inicial do satélite, divulgada em 2013, concentrou-se na temperatura dessa radiação no céu. Isso permite que os astrônomos investiguem a origem e a evolução do cosmos. Embora tenha confirmado em grande parte a imagem padrão de como o nosso Universo evolui, o primeiro mapa de Planck também revelou várias anomalias que são difíceis de explicar dentro do modelo padrão da cosmologia.
As anomalias são feições no céu que aparecem em grandes escalas angulares. Eles definitivamente não são artefatos produzidos pelo comportamento do satélite ou pelo processamento de dados, mas são fracos o suficiente para que possam ser verificadores estatísticos – flutuações que são extremamente raras, mas não totalmente descartadas pelo modelo padrão.
Alternativamente, as anomalias podem ser um sinal de “nova física”, o termo usado para processos naturais ainda não reconhecidos que estenderiam as leis conhecidas da física.
Para investigar ainda mais a natureza das anomalias, a equipe do Planck analisou a polarização do CMB, que foi revelada após uma análise minuciosa dos dados multifrequenciais projetados para eliminar as fontes de emissão de microondas em primeiro plano, incluindo gás e poeira em nossa própria Via Láctea. Galáxia da maneira.
Um resumo dos quase 14 bilhões de anos de história do Universo, mostrando em particular os eventos que contribuíram para o Fundo Cósmico de Microondas, ou CMB. A linha do tempo na parte superior da ilustração mostra uma visão artística da evolução do cosmos em grandes escalas. Os processos descritos variam desde a inflação, a breve era de expansão acelerada que o Universo sofreu quando era uma pequena fração de segundo, até a liberação do CMB, a luz mais antiga em nosso Universo, impressa no céu quando o cosmos foi apenas 380 000 anos de idade; e da Idade das Trevas ao nascimento das primeiras estrelas e galáxias, que reionizaram o Universo quando ele tinha algumas centenas de milhões de anos, até o tempo presente. Pequenas flutuações quânticas geradas durante a época inflacionária são as sementes da estrutura futura: as estrelas e as galáxias de hoje. Depois do fim da inflação, partículas de matéria escura começaram a se aglomerar em torno dessas sementes cósmicas, construindo lentamente uma rede cósmica de estruturas. Mais tarde, após a liberação do CMB, a matéria normal começou a cair nessas estruturas, dando origem a estrelas e galáxias. As inserções abaixo mostram uma visão ampliada de alguns dos processos microscópicos que ocorrem durante a história cósmica: das pequenas flutuações geradas durante a inflação, à densa sopa de luz e partículas que encheram o Universo primordial; da última dispersão de luz de elétrons, que deu origem ao CMB e sua polarização, à reionização do Universo, causada pelas primeiras estrelas e galáxias, o que induziu polarização adicional na CMB. Crédito: ESA
Este sinal é a melhor medida até hoje dos chamados modos E de polarização CMB, e remonta ao tempo em que os primeiros átomos formados no Universo e no CMB foram liberados. É produzido pela maneira como a luz se espalhou nas partículas de elétrons pouco antes de os elétrons serem reunidos em átomos de hidrogênio.
A polarização fornece uma visão quase independente do CMB, portanto, se as anomalias também aparecerem, isso aumentaria a confiança dos astrônomos de que eles poderiam ser causados ??por novas físicas, em vez de serem vermes estatísticos.
Embora o Planck não tenha sido projetado originalmente para se concentrar na polarização, suas observações foram usadas para criar os mapas mais precisos da polarização CMB até o momento. Estes foram publicados em 2018, melhorando consideravelmente a qualidade dos primeiros mapas de polarização do Planck, lançados em 2015.
Quando a equipe do Planck analisou esses dados, eles não viram nenhum sinal óbvio das anomalias. Na melhor das hipóteses, a análise, publicada hoje em Astronomy and Astrophysics, revelou algumas dicas fracas de que algumas das anomalias podem estar presentes.
“As medições de polarização do Planck são fantásticas”, diz Jan Tauber, cientista do projeto ESA Planck.
“No entanto, apesar dos grandes dados que temos, não vemos vestígios significativos de anomalias”.
Mapa da amplitude de polarização do fundo de microondas cósmico (CMB), conforme observado pelo satélite Planck da ESA. Enquanto as flutuações no CMB estão presentes e foram observadas por Planck até escalas angulares muito pequenas, estas imagens foram filtradas para mostrar principalmente o sinal detectado em escalas razoavelmente grandes no céu, em torno de 5 graus – como uma comparação, a Lua cheia se estende cerca de meio grau. Nessas grandes escalas, várias anomalias são observadas na temperatura da CMB – essas são características que são difíceis de explicar dentro do modelo padrão de cosmologia, que se baseia na suposição de que o Universo, em larga escala, tem as mesmas propriedades quando observado em todas as direções. A anomalia mais grave é um déficit no sinal observado nas escalas em torno de 5 graus, o que é cerca de dez por cento mais fraco do que o previsto. Outras características anômalas são uma discrepância significativa do sinal, como observado nos dois hemisférios opostos do céu (os dois hemisférios são delineados pela curva grande, aproximadamente em forma de u na imagem, sendo o norte no centro) e um – “ponto frio” – um ponto grande e de baixa temperatura com um perfil de temperatura extraordinariamente íngreme (a localização deste ponto também é delineada no canto inferior direito). Tais anomalias não foram detectadas, pelo menos não em qualquer nível significativo, nas observações de Planck sobre a polarização da CMB. Uma comparação entre o mapa superior, mostrando a medida total de Planck – compreendendo sinal e ruído – com o mapa de baixo, mostrando apenas o ruído, indica que algumas características anômalas podem estar presentes, como por exemplo uma assimetria de potência entre os dois hemisférios. mas eles são estatisticamente não convincentes. A falta de anomalias estatisticamente significativas nos mapas de polarização não exclui a relevância potencial daqueles vistos na temperatura, mas torna ainda mais difícil entender a origem dessas características intrigantes. As regiões mostradas em cinza nos mapas foram mascaradas na análise para evitar a emissão residual de primeiro plano de nossa Via Láctea ou fontes extragaláticas que afetam os resultados cosmológicos. Crédito: Colaboração ESA / Planck
Em face disso, isso parece fazer com que as anomalias sejam mais provavelmente de vírus de estatística, mas na verdade não descarta a nova física porque a natureza pode ser mais complicada do que imaginamos.
Até agora, não há hipótese convincente de que tipo de nova física poderia estar causando as anomalias. Então, pode ser que o fenômeno responsável apenas afete a temperatura do CMB, mas não a polarização.
Deste ponto de vista, enquanto a nova análise não confirma que a nova física está ocorrendo, ela coloca restrições importantes sobre ela.
A anomalia mais grave que apareceu no mapa de temperatura do CMB é um déficit no sinal observado em grandes escalas angulares no céu, em torno de cinco graus – como comparação, a Lua cheia se estende por cerca de meio grau. Nessas grandes escalas, as medidas de Planck são cerca de dez por cento mais fracas do que o modelo padrão da cosmologia poderia prever.
Planck também confirmou, com alta confiança estatística, outras características anômalas que haviam sido sugeridas em observações anteriores da temperatura da CMB, como uma discrepância significativa do sinal, como observado nos dois hemisférios opostos do céu, e uma chamada ponto frio ‘- um ponto grande e de baixa temperatura com um perfil de temperatura extraordinariamente íngreme.
“Nós dissemos na época do primeiro lançamento que o Planck testaria as anomalias usando seus dados de polarização. O primeiro conjunto de mapas de polarização que foram limpos o suficiente para este fim foi lançado em 2018, agora temos os resultados”, diz Krzysztof M. Górski, um dos autores do novo artigo, do Jet Propulsion Laboratory (JPL), Caltech, EUA.
Mapa da temperatura do fundo cósmico de microondas (CMB), conforme observado pelo satélite Planck da ESA. Enquanto as flutuações no CMB estão presentes e foram observadas por Planck em escalas angulares muito pequenas, estas imagens foram filtradas para mostrar principalmente o sinal detectado em escalas relativamente grandes no céu, em torno de 5 graus e maiores – como uma comparação, a A lua se estende por meio grau. Nessas grandes escalas, várias anomalias são observadas na temperatura da CMB – essas são características que são difíceis de explicar dentro do modelo padrão de cosmologia, que se baseia na suposição de que o Universo, em larga escala, tem as mesmas propriedades quando observado em todas as direções. A anomalia mais grave é um déficit no sinal observado nas escalas em torno de 5 graus, o que é cerca de dez por cento mais fraco do que o previsto. Outras características anômalas são uma discrepância significativa do sinal, como observado nos dois hemisférios opostos do céu (os dois hemisférios são delineados pela curva grande, aproximadamente em forma de u na imagem, sendo o norte no centro) e um “ponto frio” – um ponto grande e de baixa temperatura com um perfil de temperatura extraordinariamente íngreme (também descrito no canto inferior direito). Uma comparação entre o mapa superior, mostrando a medida total de Planck – compreendendo sinal e ruído – com o mapa de baixo, mostrando apenas o ruído, indica que as características anômalas claramente não são artefatos, pois estão de fato presentes no sinal e não no sinal. barulho. Tais anomalias não foram detectadas, pelo menos não em qualquer nível significativo, nas observações de Planck sobre a polarização da CMB. A falta de anomalias estatisticamente significativas nos mapas de polarização não exclui a relevância potencial daqueles vistos na temperatura, mas torna ainda mais difícil entender a origem dessas características intrigantes. As regiões mostradas em cinza nos mapas foram mascaradas na análise para evitar a emissão residual de primeiro plano de nossa Via Láctea ou fontes extragaláticas que afetam os resultados cosmológicos. Crédito: Colaboração ESA / Planck
Infelizmente, os novos dados não levaram mais o debate, pois os últimos resultados não confirmam nem negam a natureza das anomalias.
“Temos alguns indícios de que, nos mapas de polarização, poderia haver uma assimetria de poder semelhante à que é observada nos mapas de temperatura, embora permaneça estatisticamente pouco convincente”, acrescenta Enrique Martínez González, também coautor do artigo. , do Instituto de Física da Cantábria em Santander, Espanha.
Embora haja uma análise mais aprofundada dos resultados do Planck, é improvável que eles produzam resultados significativamente novos sobre esse assunto. A rota óbvia para progredir é para uma missão dedicada especialmente projetada e otimizada para estudar a polarização do CMB, mas isso é pelo menos de 10 a 15 anos no futuro.
“O Planck nos deu os melhores dados que teremos por pelo menos uma década”, diz o coautor Anthony Banday do Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie em Toulouse, França.
