Observado desde la Tierra, el universo parece un poco más caliente en un extremo que en el otro, al menos en términos del fondo de microondas cósmico (CMB).

Los cosmólogos no han tenido forma de saber si ese desequilibrio en el CMB es real o se trata de un resultado del efecto Doppler. Pero los científicos de USC Dornsife, Siavash Yasini y Elena Pierpaoli, pueden haber encontrado la forma de buscar una respuesta.

Hecho más famoso quizás por Edwin Hubble, quien lo usó para mostrar que el universo se está expandiendo, el efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia de las ondas electromagnéticas debido al movimiento de los cuerpos que viajan rápidamente a través del espacio.

Las ondas como la radiación electromagnética (ondas de luz, rayos X, microondas, etc.) parecen cambiar en energía, y las que se mueven hacia un observador parecen tener una mayor energía o más calor de lo que realmente tienen. Lo contrario es cierto para las ondas que se alejan del observador, que parecen más frías.

Los científicos que miran al cielo ven que el espacio detrás de la Tierra parece más frío que el espacio que queda adelante, pero no está claro si ese es solo el efecto Doppler o una observación de una verdadera diferencia en la temperatura del CMB. Es un rompecabezas que ha persistido durante décadas.

Debido a que el CMB es energía sobrante del Big Bang, cuando todo el universo explotó hacia afuera desde un solo punto, los cosmólogos han asumido que está disperso de manera uniforme. La aparición de dos polos en el universo, uno más cálido que el otro, debe por lo tanto ser un resultado del efecto Doppler, un resultado del sistema solar que se desliza a través del espacio.

“Creemos que un lado del CMB solo se ve más caliente porque nos estamos moviendo hacia él, y el lado opuesto se ve más frío porque nos alejamos de él”, dijo en un comunicado Yasini, estudiante de física y astronomía.

Los astrofísicos que miden la velocidad del sistema solar en relación con el CMB ajustan sus cálculos en función de esta suposición, al igual que los cosmólogos que estudian el Big Bang y las condiciones poco después.

Pero esto podría ser un error después de todo. “Si hay un dipolo intrínseco en el CMB, es decir, si un lado del cielo es en realidad parcialmente más caliente que el lado opuesto, la velocidad que asignamos al sistema solar con respecto al CMB sería incorrecta”, dijo Yasini. Esto afectaría la forma en que los científicos miden la velocidad de los objetos distantes, como las galaxias, y las teorías sobre lo que sucedió momentos después del Big Bang podrían ser sacudidas.

Al ejecutar cálculos para un estudio diferente pero relacionado, Yasini y el profesor de Física y Astronomía Pierpaoli, que es mentor de la escuela de posgrado de Yasini, encontraron un detalle interesante: el espectro de frecuencias del CMB promediado en el cielo será diferente si el dipolo es real y no solo un resultado del efecto Doppler.

En otras palabras, si el CMB es, de hecho, más caliente en un extremo del universo que en el otro, la temperatura promedio medida en todo el cielo será ligeramente diferente que si el CMB es realmente uniforme.

Los hallazgos de Yasini y Pierpaoli permitirán a los cosmólogos emprender la próxima generación de estudios CMB para determinar la naturaleza del dipolo CMB por primera vez, resolviendo el rompecabezas.

“Ahora que tenemos una base matemática para encontrar una respuesta, solo queda hacer las observaciones”, dijo Pierpaoli.

Si resulta que una parte del dipolo es real y no solo un resultado del efecto Doppler, astrofísicos y astrónomos tendrán que recalibrar todas sus mediciones para obtener una vista más precisa del universo observable.

Igualmente importante, los cosmólogos que estudian el Big Bang y las condiciones en el universo primitivo tendrán nuevas direcciones para explorar para comprender cómo y por qué el CMB se dispersa de manera desigual y cómo el universo llegó a ser como es ahora.

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