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Nobel de Física: la infancia del universo

Los estadounidenses John Mather y George Smoot fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 2006. Sus mediciones de la radiación cósmica de fondo, realizadas con un satélite de la NASA lanzado en 1989, ayudaron a comprender los primeros instantes del universo y aportaron valiosa información sobre el origen de las galaxias y las estrellas.

(4/10/06 - Agencia CyTA-Instituto Leloir. Por Florencia Mangiapane)
Este año, la Real Academia Sueca de las Ciencias decidió otorgar el Premio Nobel de Física por partes iguales a John C. Mather (60), del Centro de Vuelo Espacial Goddard, de la NASA, y a George F. Smoot (61), de la Universidad de California, Estados Unidos.

La Academia les adjudicó el codiciado galardón porque en 1989, con la ayuda del satélite COBE (Explorador del Fondo Cósmico, según sus siglas en inglés), descubrieron “la forma básica de la radiación cósmica de fondo y sus variaciones en diferentes direcciones”, aporte que resultó clave para convertir a la cosmología moderna en una ciencia de gran precisión.

“Era un Nobel cantado”, comentó a Agencia CyTA el doctor en Física Héctor Vucetich, de la Universidad Nacional de La Plata. “Mather y Smoot consiguieron hacer lo más parecido a una fotografía del ‘universo bebé’. El experimento COBE fue muy importante porque le dio a la cosmología sólidas bases observacionales; por primera vez se tuvieron datos muy precisos sobre las primeras etapas de evolución del universo”, señaló el profesor emérito de la casa de estudios platense, especialista en gravitación y experiencia.

La radiación cósmica de fondo fue descubierta hace más de cuatro décadas de manera accidental por los físicos Arno Penzias y Robert Wilson, que, gracias al hallazgo, también recibieron el Nobel en 1978. En pleno debate sobre el origen del universo, la noticia de que existía un ruido de fondo que permitía dar cuenta de “sus primeros tres minutos” enseguida abonó la teoría del Big Bang, según la cual el cosmos no tuvo desde siempre la dimensión que conocemos hoy, sino que se desarrolló a partir de una expansión generalizada.

Según el escenario que proponía el Big Bang, el universo se formó a partir de un estado de intenso calor, seguido por una radiación extraordinaria. La radiación que emite un cuerpo brillante, denominada curiosamente “radiación de cuerpo negro”, se distribuye en diferentes longitudes de onda o de color, de acuerdo con la temperatura del cuerpo: a mayor temperatura, menor longitud de onda.

La misma teoría sostiene que la masa caótica y caliente que era el universo en un principio se enfrió con el correr del tiempo. Si la teoría era cierta, la medición de la radiación de fondo actual debía dar como resultado microondas de gran longitud, dato que efectivamente pudieron comprobar Mather y Smoot en 1989, en el marco del proyecto COBE, en el que demostraron con increíble precisión que la radiación contemporánea correspondía a una temperatura de 2,7 grados sobre el cero absoluto (273,15 grados centígrados bajo cero).

“Las mediciones del satélite COBE no son la única prueba de la expansión del universo, ya que las hay muy abundantes, pero sí una de las más precisas”, señaló el doctor Vucetich, de la Universidad Nacional de La Plata.

Tal como recordó la Academia Sueca en su sitio www.nobelprize.org, antes del proyecto COBE, las mediciones de la radiación se hacían desde el interior de la atmósfera, desde cumbres montañosas, con sondas y globos espaciales. Pero como el aire absorbía gran parte de la radiación, las longitudes de onda casi no se podían captar. Además, ese tipo de instrumentos no podía rastrear todas las direcciones del universo, de modo que era difícil saber si la radiación era uniforme o fluctuaba.

Para superar estas dificultades, hacia 1974, el organismo espacial estadounidense (NASA, por sus siglas en inglés) invitó a astrónomos y cosmólogos a proponer proyectos de medición de alcance espacial. El físico John Mather fue el artífice de la iniciativa COBE, que involucró a más de 1.000 científicos e ingenieros. El ahora Nobel fue el responsable del instrumento que llevaron a bordo para examinar el espectro de la radiación. El satélite, lanzado con su propia nave espacial el 18 de noviembre de 1989, produjo sus primeros resultados a los nueve minutos de iniciadas las observaciones. Poco tiempo después, centenares de astrónomos reunidos en conferencia reaccionaron con una enorme ovación al ver la imagen del perfecto espectro de cuerpo negro registrado por el artefacto.

“El principal obstáculo que debió superar el equipo de Mather y Smoot fue que la ‘fotografía del universo bebé’ estaba velada por el brillo de la galaxia y de la radiación de fondo, entre muchas otras cosas. Ellos no sólo desarrollaron el instrumento para tomarla (el experimento DMR del satélite COBE), sino que también idearon un procedimiento para revelar la fotografía que era capaz de eliminar el ‘velado’ de la placa”, explicó el doctor Vucetich.

George Smoot se ocupó del otro instrumento fundamental, el que registró pequeñas variaciones en la radiación, conocidas con el término “anisotropía”. Fue este último hallazgo el que dio nuevas pistas sobre cómo aparecieron las galaxias y las estrellas, dándole fundamento a la idea de que la materia se concentró en lugares específicos del universo en vez de formar una capa uniforme. Conocer las pequeñas variaciones de temperatura permitió saber dónde empezó a acumularse la materia, y el resto se pudo explicar por la gravitación: la materia atrae a la materia, lo que conduce a la formación de estrellas y galaxias. Sin el mecanismo disparador descubierto por Smoot, “no podríamos entender cómo es que existen la Vía Láctea, el Sol o la Tierra”, reconoció la Academia Sueca.


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