Para ver el universo recién nacido

Receptores de microondas captan el cosmos con 380 mil años

Según el modelo del Big Bang, el universo nació hace unos 13,700 millones de años.
Por JOSÉ ALBERTO RUBIÑO MARTÍN / El País / España

Madrid - Si queremos ver el universo recién nacido, no usaremos una cámara fotográfica convencional, que captura la radiación electromagnética en longitudes de onda similares a las que puede detectar el ojo humano.

Para el ver el universo recién nacido debemos observarlo con unos ojos que nos permitan ver ondas de radio o en microondas. Cuando los astrónomos usamos receptores de microondas, captamos una radiación que se originó cuando el universo tenía unos 380,000 años: el fondo cósmico de microondas.

Hoy día, el modelo más ampliamente aceptado por la comunidad científica que describe el origen y evolución del universo es el del Big Bang. Según este modelo, el universo nació hace unos 13,700 millones de años. En ese pasado remoto no existían galaxias ni estrellas, y la densidad y temperatura eran tan elevadas que toda la materia se encontraba en forma de plasma.

Desde esa fase inicial, el universo se expandió y enfrió, dando lugar con el tiempo a la formación de las estructuras que observamos hoy: estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias... pues bien, el fondo de microondas viene a ser una especie de huella térmica de ese pasado caliente de nuestro universo.

Durante la expansión, ese baño térmico también se ha enfriado, de manera que hoy lo observamos a una temperatura de -270 grados centígrados, apenas 3 grados por encima del cero absoluto de temperatura. Esta radiación tan fría sólo puede verse en microondas.

El fondo de microondas se conoce desde hace relativamente muy poco tiempo. El físico y astrónomo ucranio George Gamow fue el primero en proponer su existencia a mediados de los años cuarenta del siglo pasado. Las primeras predicciones acerca de su temperatura aparecieron poco después, e incluso científicos de Princeton empezaron a preparar instrumentos específicos para su detección allá por los sesenta. Sin embargo, el fondo cósmico de microondas fue descubierto de manera completamente fortuita por A. Penzias y R. Wilson en 1964, cuando hacían pruebas con una antena de telecomunicaciones en los laboratorios Bell (Nueva Jersey, EE.UU.).

La propia existencia de dicha radiación constituye uno de los pilares centrales de nuestra visión del universo, y así fue reconocido cuando en 1978 ambos recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento. En palabras del propio Wilson, gracias a su descubrimiento la cosmología “pasó de estudiar objetos individuales a estudiar el universo como un todo”.

La atracción gravitatoria

Tal como entendemos la evolución del universo, todas las estructuras que observamos en nuestro entorno (galaxias, cúmulos de galaxias...) crecen por efecto de la atracción gravitatoria a partir de pequeñas irregularidades en la distribución de materia que existía en el universo primitivo. Estas semillas originales también dejaron su huella en el fondo cósmico de microondas, en forma de pequeñas variaciones espaciales de temperatura.

Por este motivo, el estudio de dichas irregularidades constituye una herramienta muy valiosa para acercarnos al pasado de nuestro universo, y poder entender así las propiedades globales del mismo.

Desde poco después de su descubrimiento, un gran número de experimentos intentaron detectar las huellas de esas semillas originales en el fondo de microondas, aunque su detección no llegaría hasta 1992 gracias a las medidas del satélite COBE de la NASA. La razón principal por la cual los astrónomos necesitamos tanto tiempo para detectar estas huellas fue la pequeña amplitud de las mismas, ya que constituyen desviaciones de tan sólo una parte en 100,000.

Sin embargo, estas minúsculas variaciones son tremendamente importantes, pues codifican las propiedades globales de nuestro universo. Desde la década de los noventa, múltiples experimentos se han dedicado a extraer de forma sistemática el mapa de irregularidades del fondo de microondas: muchos desde la Tierra, algunos usando globos estratosféricos y también con satélites como COBE, y más recientemente, con WMAP de la NASA y Planck de la Agencia Europea del Espacio.

Gracias a todos estos experimentos, el fondo de microondas se ha convertido en una de las herramientas más poderosas de la cosmología moderna.

Así, nos hemos encontrado con la sorpresa de que la materia ordinaria de la cual estamos hechos (materia bariónica) apenas da cuenta del 5% del contenido total de energía del universo. El 25% del total es debido a un tipo de materia no ordinaria que denominamos materia oscura. Y lo más sorprendente es que la mayor parte, el 70% del contenido energético del universo, está en una forma de energía cuyas propiedades no conocemos, y que denominamos energía oscura.