A través de la niebla: cómo los electrones libres desdibujan la luz antigua ✛

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Imagina que miras una cordillera lejana a través de la niebla matutina. Los contornos de los picos se ven borrosos, y si la niebla no es uniforme, algunas laderas se pierden más que otras. Así es como los astrónomos ven la luz antigua del universo, que ha viajado hasta nosotros durante 13,8 mil millones de años.

Esta luz nació cuando el universo tenía apenas 380 mil años, mucho antes de las primeras estrellas. Desde entonces ha viajado por el cosmos, y en su camino se encuentra con nubes de electrones libres, partículas que se han desprendido de los átomos. Cada uno de estos electrones dispersa la luz ligeramente, como una gota de niebla dispersa el haz de una linterna. Como resultado, la imagen del cielo que ve un telescopio aparece un poco más borrosa de lo que era originalmente. Los físicos llaman a esto apantallamiento anisotrópico.

Pero hay un segundo efecto, aún más sutil. Algunos campos hipotéticos que podrían existir en el universo son capaces de rotar ligeramente el plano de oscilación de una onda de luz. Esto es como si la niebla no solo desdibujara las montañas, sino que también hiciera que cambiaran ligeramente de color en diferentes lugares. Este fenómeno se llama birrefringencia cósmica.

Para detectar ambos efectos, el equipo utilizó los datos del sexto lanzamiento del telescopio ACT, ubicado en el desierto de Atacama a 5190 metros de altitud. El telescopio cubrió el 23% del cielo con una resolución de 1,4 minutos de arco, lo que equivale a distinguir una moneda desde varios kilómetros de distancia. Los datos se dividieron en cuatro partes independientes y se compararon entre sí para que el ruido del instrumento no produjera una señal falsa.

Resultado: no se detectaron ni desenfoque ni rotación. Para el desenfoque se estableció un límite superior de Aτ < 450, que es aproximadamente cien veces más débil que lo que predicen los modelos de reionización. Para la rotación, el límite es ACB < 0.15, lo que restringe la fuerza de interacción de los campos hipotéticos con los fotones. La niebla resultó demasiado transparente para ser detectada con los instrumentos actuales.

Pero el método de búsqueda en sí resultó valioso. Por primera vez, se aplicaron datos de pequeña escala de un telescopio terrestre al desenfoque, y se descubrió que las interferencias de galaxias lejanas no son solo ruido, sino un error sistemático que debe tenerse en cuenta. La próxima generación de telescopios, como el Observatorio Simons, podrá utilizar la polarización de la luz para sortear este problema. Y entonces, quizás, la niebla finalmente muestre sus contornos.