fondo cósmico de microondas

Los ocho mapas del cielo tomados por diferentes detectores del telescopio Planck se parecen a ocho atlas de carreteras de una misma ciudad, dibujados por distintos cartógrafos. Cada atlas está girado en un ángulo diferente: un cartógrafo sostenía la tableta ligeramente inclinada, otro ligeramente torcida. Si superponemos los atlas, las calles no coinciden.

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.

Un contable revisa todas las fábricas, almacenes y tiendas, pero el balance no cuadra: la mitad de la mercancía parece haberse evaporado. Algo así es lo que los astrónomos han estado haciendo durante décadas al buscar la materia ordinaria en el universo actual.

En el corazón de una ciudad antigua se alza una torre con un reloj que no se ha ajustado desde su construcción. Por su retraso se puede calcular cuánto se ha estirado el tiempo desde entonces.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió más rápido de lo que la luz podía cruzarlo. Como un globo que se infla, pero en lugar de goma, el propio espacio. En este globo inevitablemente aparecían ondas: diminutas compresiones y rarefacciones de las que luego surgieron todas las galaxias y estrellas.

La leche hirviendo se cubre de una nata temblorosa. Por sus movimientos se puede adivinar la fuerza del fuego bajo la cacerola y el contenido de grasa de la leche. De manera similar, los astrofísicos observan la antigua radiación de microondas —la luz más vieja que nos ha llegado de una época en que el universo tenía solo 380 000 años.

Los cosmólogos se enfrentan a una situación curiosa: dos herramientas fiables dibujan mapas ligeramente diferentes del mismo universo. Una herramienta es el mapa de la luz antigua (la radiación cósmica de fondo), y la otra, el mapa de la distribución de galaxias. En líneas generales coinciden, pero en los detalles discrepan.

En una galaxia lejana, a unos 290 millones de años luz de nosotros, se esconde el objeto HLX-1. En el pasado brilló más que cientos de miles de millones de soles, pero ahora se ha calmado. De 2018 a 2022, los telescopios espaciales Hubble, Chandra y Swift siguieron su declive.

A 380 mil años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que la luz se separara del plasma. Este fondo cósmico de microondas aún impregna el cosmos, como el primer acorde de una sinfonía, el eco de un comienzo caliente.

En los primeros instantes después del Big Bang, la transición de fase cósmica dividió el plasma caliente en regiones con diferentes vacíos — los estados de menor energía del campo.

2.1 × 10⁻⁹ es aproximadamente la variación de temperatura en el cielo, como si en la superficie del océano se midieran ondas de una fracción de milímetro de altura. Esta minúscula inhomogeneidad está grabada en el fondo cósmico de microondas y nos habla del origen mismo del tiempo.

El enigma de la antimateria en el cosmos ha quitado el sueño a los astrofísicos: ¿de dónde vienen los positrones que se posan como copos de nieve en los detectores? La respuesta podría esconderse en el ubicuo fondo de rayos gamma. El Universo está empapado de luz difusa: el fondo fotónico cósmico (CPB).

Imagina el universo primitivo como una campana de dimensiones inimaginables. La inflación —la época de expansión acelerada ideada por Alan Guth— la golpea, y una onda se propaga por el tejido del espacio-tiempo.

El mundo que nos rodea es tridimensional, pero quizá sea solo una apariencia. Algunas teorías admiten que el espacio contiene dimensiones adicionales, plegadas o estiradas de manera especial. Uno de esos modelos dibuja un universo de cinco dimensiones con una dimensión "diluida" (llamada dilatón lineal).

Un rumor grave que viene de bajo tierra puede ser el ruido de una obra lejana, o el eco de un antiguo terremoto. Un enigma similar se plantó ante los astrónomos cuando en 2023 captaron ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja ondas gravitacionales — el temblor del propio espacio-tiempo que recorre el universo.

La radiación de fondo de microondas es la primera luz que logró atravesar la densa niebla del universo temprano. Su espectro, como una partitura congelada de una sinfonía cósmica, guarda las minúsculas fluctuaciones de densidad a partir de las cuales surgieron las galaxias.

Un nuevo diapasón para la sinfonía cósmica resonó desde el altiplano chileno: el telescopio ACT afinó la nota de las perturbaciones primordiales — el índice espectral nₛ se desplazó hacia arriba, desbaratando la armonía de muchos modelos anteriores.

La radiación de fondo no es sólo un tenue resplandor con una temperatura de 2,7 K. Es una fotografía del universo 380 000 años después del Big Bang, cuando el plasma primordial finalmente se volvió transparente a la luz. Pero para los físicos teóricos es mucho más interesante lo que ocurrió antes.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo colapsa, generando una supernova y emitiendo una lluvia omnipresente de neutrinos.

La radiación de fondo de microondas es la luz petrificada de los primeros instantes. Poco después del Big Bang, fluctuaciones cuánticas microscópicas fueron estiradas por la inflación hasta las escalas de los supercúmulos galácticos.

Desde pequeños nos acostumbramos a pensar que el espacio es infinito e isótropo. Pero Einstein y Lemaître ya se preguntaban: ¿no estará el Universo cerrado sobre sí mismo, como una cinta de Möbius o un toro tridimensional?

El universo se parece a un enorme almacén donde hace mucho tiempo se realizó un inventario estricto. La radiación cósmica de fondo es una antigua lista de todo lo que existía 380 mil años después del Big Bang. Según ella, la proporción de materia en el 'presupuesto' total del cosmos (el parámetro Omega_m) se conoce con gran precisión.

La luz atraviesa una película arrugada y sale ligeramente diferente. De manera similar, las ondas gravitacionales nacidas en el universo temprano sienten la distribución grumosa de galaxias y materia oscura.

El universo a los 700 millones de años es una obra ruidosa donde apenas empiezan a encenderse las primeras luces. Los telescopios captaron una señal de esa época lejana: la galaxia REBELS-25, masiva y repleta de combustible estelar.

La luz más antigua del universo viaja hacia nosotros desde hace casi 14 mil millones de años. Nació cuando el cosmos apenas se volvió transparente, y desde entonces su plano de oscilación se ha ido girando de manera casi imperceptible.

Una fotografía antigua, tomada en el momento del nacimiento del universo, nos trae su luz desde hace casi 14 mil millones de años. Esta imagen es la radiación cósmica de fondo, el eco enfriado del Big Bang. En ella quedaron registradas las mínimas irregularidades de las que más tarde crecieron las galaxias.

La radiación cósmica de fondo es el resplandor residual del Big Bang que vemos en ondas milimétricas. Pero también tiene una cola de onda larga que se extiende hasta el rango de radio. En longitudes de onda superiores a 21 centímetros, esta luz comienza a ser absorbida por el hidrógeno neutro disperso en el espacio lejano.

El universo nació en el Big Bang y casi de inmediato atravesó una fase de inflación: una expansión ultrarápida que infló regiones microscópicas hasta escalas cosmológicas.

La luz antigua, que viaja desde hace 14 mil millones de años, nos llega de todas direcciones. A simple vista parece perfectamente uniforme, pero al mirar con atención emergen minúsculas fluctuaciones, como ondas en una película lisa. Esas ondas no son ruido aleatorio, sino una crónica cifrada del universo.

El nacimiento del universo no se parece a una explosión, sino a un atasco de tráfico. Al principio, en una diminuta fracción de segundo después del Big Bang, el espacio se expandía lentamente, como coches en un embotellamiento. Luego vino un acelerón brusco: la expansión acelerada que los cosmólogos llaman inflación.

El haz de una linterna se desliza sobre un vidrio irregular. El vidrio son los cúmulos masivos de galaxias, y la linterna es la luz antigua nacida poco después del Big Bang. Al pasar cerca de estos cúmulos, la luz no solo los rodea como el agua rodea una piedra.

El universo no es un vacío, sino una enorme esfera de cristal, atravesada por fronteras invisibles: paredes de dominio, congeladas después de transiciones de fase.

La masa de un bizcocho está llena de pasas diminutas. Si la masa es homogénea, todas las pasas se hinchan por igual y el bizcocho queda uniforme. Pero si la masa tiene grumos — unas zonas más dulces, otras más insípidas—, las pasas se distribuyen de manera desigual: en unos sitios habrá muchas y en otros, ninguna.

Justo después del Big Bang, el Universo se expandió increíblemente rápido — esta etapa se llama inflación. En algunas regiones microscópicas, la materia se condensó aleatoriamente hasta el punto de colapsar en agujeros negros primordiales. Son diminutos — del tamaño de un protón, pero masivos — como un iceberg.

Los agujeros negros no son eternos: pierden energía lentamente emitiendo entropía —una medida de información oculta— en forma de calor. Este proceso fue predicho por Stephen Hawking. Pero hasta ahora seguía siendo un misterio qué sucede al final, cuando el agujero casi ha desaparecido y debe devolver los datos capturados.

Un estanque cuyas aguas se agitan en círculos al caer una piedra. Así, a escala del universo: una repentina emisión de energía en el sector oscuro —esa sustancia invisible que no emite luz— genera ondas en el tejido del espacio. Esas ondas alteran el camino de las partículas de luz que viajan hacia nosotros desde el mismísimo nacimiento del cosmos.

Justo después del Big Bang, el espacio se cubrió de ondulaciones — ondas gravitacionales, como las que provoca una piedra al caer al agua. Estas vibraciones del propio tejido del cosmos, predichas por Alan Guth, se extendieron por todo el universo.

La disputa cosmológica recuerda a dos maestros que miden la misma habitación con cintas métricas diferentes. Uno, mirando galaxias lejanas, obtiene un número. El otro, examinando el resplandor antiguo —la radiación relicta, la luz enfriada del Big Bang—, obtiene otro, más pequeño. Esta discrepancia se llama tensión de Hubble.

Los cosmólogos se enfrentaron a un problema de receta: la tasa de expansión del universo medida en el entorno local no coincidía con la tasa deducida del resplandor del Big Bang, el fondo cósmico de microondas.

La luz que viaja hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años es como una fotografía antigua cuyos detalles emergen con un revelado cuidadoso. La radiación cósmica de fondo (resplandor posterior del Big Bang) guarda la huella de los primeros instantes del universo, pero su señal es débil y distorsionada.