1. ¿Qué es la Radio-Astronomía?
El origen del Universo:
El Big-Bang
Ricardo Bustos
U. de Concepción
U. de Chile

2. ¿Qué es la Radio-Astronomía?

3. Espectro electromagnético
Luz que ve el Colores
ojo humano {
Radio Bio-Bio
98.1 MHz
Todas las señales electromagnéticas emiten con alguna frecuencia

4. Espectro electromagnético
Existen señales del espacio en
estas zonas?
Detectan luz
visible del
espacio
Radio Telescopios !!!
Detectan señales del espacio

5. Cielo nocturno en el visible sobre Chajnantor
Transmisión en Chajnantor
Es una noche estrellada… todos los puntos son estrellas que pertenecen a
nuestra galaxia, la Vía Láctea. Las 2 nubes a la derecha son las Nubes de
Magallanes, las únicas fuentes extragalácticas que se ven.

6. Cielo en ondas de radio a 5 GHz
Transmisión en Chajnantor
Parece una noche estrellada… pero los puntos no son estrellas, sino que
objetos a millones de años luz de nosotros, son extragalácticos. De nuestra
galaxia sólo son las nubes de hidrógeno ionizado y supernovas.

7. Llano de Chajnantor
Llano de Chajnantor, II Región,
CHILE
- Se ha convertido en el mejor lugar
para radio-astronomía en el mundo.
- Contenido de vapor de agua en la
atmósfera extremadamente bajo.
- 5.000 metros de altura.

8. Radio-Telescopios instalados en el
Llano de Chajnantor, II Región, CHILE
CBI APEX NANTEN 2
ACT
ASTE CCAT
ALMA
Por construir En construcción

9. En la U. de Concepción también tenemos un
Radio-Telescopio de 6 m… el TIGO
Su función es observar puntos lejanos de referencia
(quásares) que son fijos para determinar movimientos de
la corteza terrestre. Objetivos para Geodesia.

10. Espectro electromagnético
En rojo: zonas donde el vapor de agua de la atmósfera absorbe las
señales electromagnéticas. Para detectarlas se necesita estar en un lugar
muy seco! (Chajnantor, Chile) o bien, salir de la atmósfera (satélites)
Ventanas de observación en Chajnantor
ACT – ALMA – APEX – ASTE – CBI – CCAT – NANTEN2

11. Climatología del Desierto de Atacama
Enero a Marzo: Invierno Boliviano
Aire cálido y seco
Nivel de 5000 mts
Inversión térmica
Aire húmedo y frío
- Formación de estrato-cúmulos (camanchaca)
que impide llevar humedad hacia el interior

12. El origen del Universo:
El Big - Bang

13. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
Aristóteles y luego Ptolomeo en el siglo II d.c.: La Tierra es el
centro del Universo
Con solo mirar el cielo, notaron que
cuerpos giran alrededor de la Tierra
y diferenciaron Sol, Luna, planetas y
estrellas. … ya los griegos creían en una Tierra redonda … se
confirmaría con evidencia científica en el año 1522!

14. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
1543: Copérnico y la teoría heliocéntrica: El Sol el centro del Universo
Se inicia una revolución por el conocimiento de los cielos: Galileo,
Kepler, Newton (ley de la gravedad), etc. Luego, a principios de 1900,
aparece otra revolución de conocimientos: Einstein (relatividad), Planck
(mecánica cuántica), Bohr, etc.

15. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
1929: Edwin Hubble, ya con la ayuda de telescopios más modernos,
descubre que el Sistema Solar gira en torno a una galaxia, la que
llamamos Vía Láctea y que además existen muchas otras galaxias
como la nuestra… cambia el modo de ver el Universo nuevamente .
No sólo descubrió otras galaxias, sino también observó un dato
clave: todas las galaxias se alejan de nosotros y entre sí … primer
indicio de que el Universo se expande?

16. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
Ahora, si las galaxias se alejan unas de otras:
- significa que antes estaban más cerca?
- … y por lo tanto el Universo más pequeño?
- … y con mayor temperatura?
- … y aún más atrás, hasta un punto ínfimo inicial? … Big-Bang!
Si esto es correcto, debería haber una señal proveniente de todo el
cielo que refleje ese momento del Universo ...

17. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
En 1933, Karl Jansky descubre señales de radio que interpreta que
provienen del centro de nuestra galaxia …
… inicio de la Radio-Astronomía !!!
Antena usada en esos tiempos …
Hubiese ganado el Premio Nóbel inicio de la radio-astronomía!
pero falleció joven, a los 45 años

18. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
En 1964, acompañado de nuevas y mejores tecnologías que en
1933, llega un descubrimiento revolucionario que mereció el
Premio Nóbel de Física en 1978 a sus descubridores:
Arno Penzias y Robert Wilson ...
Antena de microondas que usaron …

19. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
1964: Ellos descubren una radiación proveniente de todas partes del
cielo, homogénea, de día y de noche, y constante. Se le llama
Radiación de Fondo Cósmico (CMB). Esta es la radiación esperada!
proviene fuera de la galaxia y corresponde a la señal remanente del
Big-Bang … otro cambio!
… y se viene otra pregunta: es cierto que en todas partes del cielo la
radiación es la misma? o hay alguna diferencia? Si las hay, explicaría
la formación de estructuras en el Universo, cúmulos de galaxias,
galaxias, es decir, todo lo que conocemos!
(después de cada descubrimiento … vienen más preguntas …)

20. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
1989: Como las señales del CMB son débiles y para evitar la
interferencia de la atmósfera, se lanza el satélite COBE con
detectores para sacar un mapa completo del CMB.

21. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
1992: Se publica el primer mapa completo del cielo de CMB.
Fluctuaciones de CMB: 2.725 K +/- ~ 30 µK rms a resolución de 7°
en el cielo (la Luna tiene un tamaño de 0.5°). Naturaleza de cuerpo
negro, propiedad que confirma ser señal del Big-Bang
Quienes lideraron este proyecto, G. Smoot y J. Mather, obtuvieron
el Premio Nóbel de Física el año 2006 por este descubrimiento.

22. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
Entonces, con el descubrimiento del CMB y de COBE, la teoría
del Big-Bang indica que el Universo nace a partir de un punto
inicial muy denso y caliente y que se sigue expandiendo hasta hoy.
Aún faltan otros descubrimientos para saber cómo el Big-Bang explica
por ahora el Universo … y uno de ellos viene desde el norte de Chile!

23. II Región
Llano de Chajnantor,
Cordillera de los Andes
5080 m. de altura

24. APEX
CBI
altura: 5080 m
1999: Cosmic Background Imager (CBI)
CALTECH: U. Concepción: U. Chile: San Pedro: CITA: Chicago: NRAO:
Dickinson Bustos Bronfman Achermann Bond Carlstrom Mason
Padin Jara Casassus Araya Contaldi Cartwright Myers
Pearson Oyarce May Cortés Sievers Kovac Pospieszalski
Readhead Reeves Cruz Pryke
Shepherd Torres Toro
Oxford: JPL: Vergara MPI:
Uehara
Jones Leitch Angelakis
Taylor Cambridge, Manchester, Stanford, Columbia, Miami.
Kraus
Zensus

25. Cosmic Background Imager (CBI)

26. • CBI es un set de 13 Radio Telescopios (interferómetro)
• Ubicado en el Llano de Chajnantor, II Región a 5.080 m de altura
• Diseñado para observar radiación de fondo cósmico (CMB)
• Cada antena mide 0.9 m de diámetro
• Observa frecuencias entre 26 - 36 GHz en 10 canales de 1 GHz
• En 2002-2005 se realizaron observaciones de polarización del
CMB, obteniendo el mejor espectro hasta el 2009.
• En 2006 se cambiaron a antenas de 1.4 m (CBI-2)

27. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
2001: Se lanza el satélite WMAP.
2003: Obtiene el mapa completo del cielo pero
más detallado que COBE. Es decir, con mayor
resolución.

28. Imágenes totales del cielo de las anisotropías del CMB.
2.725 K +/- ~ 30 µK rms
1992
Resolución !!!
2003

29. COBE Resolution
WMAP Resolution CBI Resolution
10 3 1 0.3 0.1
Angular size on the sky in Moon diameters

30. 4 regiones del cielo (campos) observados
por el CBI.

31. CBI campos intrínsecos
Synchrotron map Ka band from WMAP

32. El universo hace 14 mil millones de años . . . y hoy
Corresponde a las semillas de los cúmulos de galaxias
Tamaño
de la Luna
Ωk Ωb Ωcdm ns Qrms ΩΛ Ωm h τ
En estas imágenes de alta resolución captadas por el CBI, podemos
ver, por primera vez, las semillas de los cúmulos de galaxias

34. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
2004: CBI obtiene el primer espectro de polarización del CMB.
La teoría del Big-Bang predice grados de polarización en el CMB.
CBI detecta este espectro tal cual a lo esperado.

36. 2010: ACT – Atacama Cosmology Telescope
Espectro obtenido por ACT. La tecnología permite obtener espectros
cada vez con mayor precisión.

37. Cómo se llega a lo que se sabe hoy?
2011: El Universo se inicia con una gran expansión llamada
inflación. Al enfriarse 400.000 años después, libera el CMB que
detectamos hoy. Las fluctuaciones iniciales provocan tiempo
después la formación de súper-estructuras que formarán galaxias y
luego estrellas hasta hoy, 13.700.000.000 de años después.
… y hay cosas que aún
no tiene explicación:
El Universo se está
expandiendo cada vez
más rápido!!! …
- debido a la energía
oscura del vacío??
- existe la materia
oscura??

38. CMB: 400.000 años ¿Qué es la radiación de fondo cósmica
después del big-bang
(CMB) del universo?
Primeras galaxias
Época y cuásares mil Aparición
millones de años Formación del Sol de la vida en 19 abril
oscura después del big-bang y los planetas 2011
la Tierra
}
1 3 5 10 13.7
EDAD DEL UNIVERSO (en miles de millones de años )
Big Bang
CMB es la señal detectable más antigua del
“Big Bang” y del Universo.

39. Imagen del
embrión 3.5 Nacimiento
Época
9 meses
horas después de oscura en
después de la
la concepción el útero
concepción
}
Concepción 3 5 10 13.7 (años)
o Big-Bang 0.75
EDAD DEL SER HUMANO

40. Analogía
Ser humano – Universo:
Embrión 3.5 horas CMB 400.000 años
después de la concepción después del Big-Bang
San Pedro de Atacama es la capital arqueológica de Chile
.…también es la capital arqueológica del UNIVERSO !

41. Consecuencias de los resultados del CBI:
Una revolución en la física fundamental
Ωb 4% materia normal
Ωnb 23% materia oscura
ΩΛ 73% energía oscura
vacío
Edad del Universo: 13.7 mil millones de años

42. 2010: QUIET - Q/U Imaging ExperimenT
University of California, Berkeley - Caltech - Columbia - Goddard -
Harvard - JPL - University of Chicago - Stanford University -
University of Miami - Oxford - Princeton

43. 2010: QUIET - Q/U Imaging ExperimenT
QUIET se instaló en agosto 2008 y se espera que detecte con mayor
calidad la polarización del CMB.

44. 2011: Polarbear
Radio-Telescopio que está en estos momentos siendo
instalado en Chajnantor. Observar polarización CMB.

45. Conclusiones
• Las observaciones de radiación de fondo cósmico mas las de
supernovas, confirman la existencia de materia y energía oscura.
• La física aun no puede explicar tanto la materia como la energía
oscura. A pesar que las grandes teorías de unificación predicen la
existencia de una materia no-baryonica, éstas aun son incompletas.
Todos los intentos por explicar la energía oscura recurren a la
existencia de una a seis dimensiones más. Sigue siendo un misterio.
• Historia: Siempre cuando las observaciones no han tenido
explicación por la física, debemos pensar en cambios
fundamentales, como el ejemplo de la mecánica clásica en el siglo
17 y la mecánica cuántica al inicio del Siglo 20.
• Estamos en una posición similar pero en los inicios del Siglo 21 !!!

46. http://www.astro.caltech.edu/~tjp/CBI/