medición del 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.

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.

El universo se asemeja a un enorme andamiaje invisible. No lo vemos directamente, pero sabemos que existe: las galaxias y los cúmulos se mantienen unidos gracias a él. Ese andamiaje es la materia oscura. La versión más popular sostiene que es "fría" y está compuesta por partículas pesadas y lentas.

264 kilómetros por segundo: a esa velocidad el sistema solar atraviesa una nube de materia oscura. Su existencia fue delatada por las galaxia: giraban demasiado rápido para que la masa visible las mantuviera unidas, y Vera Rubin fue la primera en sospechar un armazón oculto.

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.

El telescopio James Webb miró hacia una época en la que el universo tenía menos de mil millones de años y vio objetos extraños: 'pequeños puntos rojos'. Son agujeros negros con masas de millones de soles, pero en galaxias muy compactas y químicamente casi intactas. Los escenarios estándar no logran hacer crecer tales pesos tan temprano.

En los primeros segundos tras el Big Bang, el Universo nos dejó no solo luz, sino algo mucho más esquivo: el fondo cósmico de neutrinos. Este eco de la creación impregna cada centímetro cúbico, pero apenas lo notamos.

La cosmología se parece a una orquesta en la que los distintos grupos de instrumentos de repente empezaron a tocar descoordinados. Las mediciones de la velocidad de expansión del universo (la constante de Hubble) basadas en el universo temprano y en el tardío arrojan números diferentes.

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?

Un zumbido recorre todo el universo. No es un sonido, sino un temblor del propio espacio: el fondo de ondas gravitacionales. Lo generan pares de agujeros negros supermasivos que giran uno alrededor del otro en los centros de galaxias lejanas. Cada pareja es como un instrumento grave en una orquesta inmensa.

En 2015, los detectores captaron por primera vez una onda gravitacional —un estremecimiento del espacio que llegó desde la fusión de agujeros negros. Desde entonces, estas señales se han convertido en una nueva ventana al universo para la astrofísica.

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.

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.

Un resorte comprimido permanece inmóvil durante años. Parece congelado para siempre, pero dentro del metal los átomos se reordenan lentamente, y un día el resorte hace clic, pasando a una nueva posición más relajada.

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.

Los agujeros negros pueden ser ligeros, producto de estrellas moribundas, y supermasivos, en los núcleos de las galaxias. Faltaba el eslabón intermedio. El descubrimiento fue posible gracias a las ráfagas rápidas de radio, señales cósmicas que duran milisegundos pero que transportan una energía comparable a la que emite el Sol en días.

Acumulaciones de galaxias y materia oscura invisible crean estelas en el resplandor del Big Bang, como barcos que agitan un estanque.

El universo está estructurado como una esponja: tiene regiones densas, repletas de galaxias y gas, y poros gigantes — los vacíos cósmicos. Estos vacíos ocupan la mayor parte del espacio, pero su contenido seguía siendo un misterio — la materia allí casi no se manifiesta.

Un estanque enorme en el que se expanden círculos desde dos piedras pesadas que giran una alrededor de la otra. Las piedras se acercan, los círculos se vuelven más frecuentes y más fuertes, y las piedras están a punto de chocar. Las ondas gravitacionales son círculos así, pero no en el agua, sino en el propio tejido del espacio.

En el corazón mismo de la Vía Láctea, algo brilla continuamente en rayos gamma. Es una luz especial, con una energía de exactamente 511 mil electronvoltios. Esa energía surge cuando un electrón se encuentra con su antipartícula, un positrón, y ambos desaparecen dejando un destello de luz.

Cuando las primeras estrellas se encendieron, su luz ultravioleta comenzó a arrancar electrones de los átomos de hidrógeno. El universo pasó de ser una niebla neutra a convertirse en un plasma transparente.

La luz de una estrella lejana, al atravesar la atmósfera del planeta K2-18b, dejó unas peculiares "huellas dactilares" en el espectro. Los astrónomos recogieron esa luz durante 420 horas con el telescopio espacial James Webb y la descompusieron en colores, como un arcoíris.

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.

El universo se parece a un océano donde olas de distintas longitudes rompen en la orilla. Las olas más largas son las inhomogeneidades gigantes en la distribución de la materia que vemos en la radiación de fondo. La teoría estándar dice que tales olas deberían existir en todas las escalas.

La luz de la etapa más temprana de la vida del universo viaja hacia nosotros durante miles de millones de años. En su camino pasa junto a enormes cúmulos de galaxias. Su gravedad curva ligeramente esa luz, como el cristal de un escaparate deforma la vista de la calle al otro lado. Cuando los cúmulos crecen, la curvatura se hace más notable.

En el desierto helado de la Antártida, el telescopio SPT-3G observa las profundidades del universo. Su objetivo es la antigua radiación de microondas que quedó tras el Big Bang. Pero en su camino hacia nosotros, esta radiación atraviesa gigantescos cúmulos de galaxias llenos de gas sobrecalentado.

En el Polo Sur, donde el aire es seco y transparente para las ondas milimétricas, se encuentra un telescopio que no mira a las estrellas, sino a la luz más antigua del universo. Esa luz es el fondo cósmico de microondas, la radiación enfriada después del Big Bang que llena todo el cielo.

A finales de la década de 1990, Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt mediante observaciones de supernovas descubrieron que el universo se expande cada vez más rápido.

Materia oscura, posiblemente no son partículas, sino agujeros negros de los tiempos del Big Bang.

Cualquier aparato, desde una tostadora hasta un teléfono inteligente, se calienta al funcionar. Es el resultado inevitable de la conversión de energía: siempre queda una huella térmica, como la de una hornilla caliente después de cocinar.

Según la teoría del Big Bang, desarrollada por Georges Lemaître, el universo comenzó desde un punto caliente y denso y luego se expandió vertiginosamente — esta inflación fue propuesta por Alan Guth.

Las ráfagas rápidas de radio son brillantes destellos cósmicos que, como una señal de partida, inician una carrera de ondas de radio a través del Universo. Los astrónomos las usaron para comprobar si el fotón —la partícula de luz— tiene masa.

El universo tras el Big Bang era casi perfectamente homogéneo. Casi, porque las diminutas inhomogeneidades de densidad, estiradas por la inflación, se convirtieron en semillas de galaxias. Pero, ¿y si esas mismas inhomogeneidades pudieran dar origen no solo a estrellas, sino también a agujeros negros?