efecto Siunyáiev-Zeldóvich

En julio de 1969, cuando el Apolo 11 volaba hacia la Luna, los astronautas notaron algo inusual: breves destellos de luz que aparecían incluso con los ojos cerrados. Al principio lo atribuyeron al cansancio, pero los destellos se repitieron en distintas tripulaciones.

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.

El gas caliente en los cúmulos de galaxias brilla en el rango de los rayos X, y una parte significativa de esa luz proviene de átomos de hierro que han perdido muchos electrones. Estos átomos dejan en el espectro líneas brillantes características, como huellas dactilares.

La luz del comienzo del universo ha viajado hacia nosotros durante 13,8 mil millones de años. Durante ese tiempo, su polarización —la dirección de sus oscilaciones— podría haber sufrido un giro, como la aguja de una brújula que alguien gira imperceptiblemente. Los físicos llaman a este fenómeno birrefringencia cósmica.

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.

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.

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.

Los primeros instantes de la vida del universo recuerdan a la afinación de un instrumento musical complejo. Las fluctuaciones cuánticas, estiradas por la rápida expansión (inflación), se convirtieron en esas "notas" de las que más tarde surgieron las galaxias.

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.

Una nube gigante de materia invisible actúa como un espejo deformante: distorsiona la luz de una galaxia lejana. Con esas distorsiones, los astrónomos pueden pesar la nube y asomarse a su interior.

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

Una orquesta de millones de instrumentos toca una sola nota, pero cada uno entra en su momento y con su propio volumen. Así suena el fondo estocástico de ondas gravitacionales: un zumbido de fusiones de agujeros negros que individualmente son indistinguibles.

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.

Un detector lleno de helio-4 superfluido se asemeja a un lago perfectamente tranquilo. El líquido no chapotea ni burbujea: permanece inmóvil en un único estado cuántico. A través de él atraviesa un visitante invisible: una partícula de materia oscura. Ella misma no brilla ni deja rastro.

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.

Si tomas dos bolas pesadas y las separas un metro, se atraen con una fuerza que se debilita cuatro veces al duplicar la distancia. Esta ley la descubrió Newton y funciona en una habitación, en el sistema solar, en una galaxia.

En el desierto de Atacama, en Chile, hay un telescopio que no mira a las estrellas, sino a la luz más antigua del universo: el fondo cósmico de microondas. Esta luz ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años, desde que el universo se volvió transparente.

El telescopio espacial James Webb ha observado antiguas galaxias, en cuyo interior crecen agujeros negros demasiado grandes para una edad tan temprana tras el Big Bang. No habría habido tiempo suficiente para un crecimiento normal, así que debieron formarse de otra manera.

Cuando dos cúmulos de galaxias chocan, en el espacio entre ellos nacen ondas de choque, como la onda expansiva de un avión supersónico, pero en lugar de aire, hay gas enrarecido. Estas ondas comprimen el gas y aceleran partículas cargadas hasta energías enormes.

Un nadador que corta el agua a la velocidad de las olas que corren sobre ella se encuentra en una situación extraña: las olas que él mismo genera no pueden ni adelantarlo ni quedarse atrás. Se acumulan frente a su proa y se congelan. Un fenómeno similar ocurre cuando una fuente de luz se mueve dentro de un medio a una velocidad que coincide con la velocidad de transferencia de energía de las olas.

La radiación cósmica de fondo es una luz débil que quedó tras el Big Bang. Llena el cielo de manera uniforme, pero en su camino se encuentra con obstáculos. Uno de ellos son los cúmulos de galaxias, en cuyo interior hay un gas muy caliente. Cuando los fotones de la radiación de fondo atraviesan este gas, algunos reciben un empujón extra y cambian de energía.

En el cúmulo de galaxias de Coma, a unos 320 millones de años luz de nosotros, se extiende una nube invisible para el ojo. Brilla en el rango de radio: es un radiohalo, una gigantesca acumulación de partículas cargadas aceleradas casi a la velocidad de la luz.

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 las galaxias Antena, que se están estrellando entre sí, nubes de gas gigantes colisionaron a una velocidad de 50 kilómetros por segundo. Es como dos trenes que se precipitan uno contra el otro: el impacto comprimió el gas y este se encendió con nuevas estrellas.

Un agujero negro no se ve hasta que una estrella pasa cerca. Entonces las fuerzas de marea estiran la estrella como un cocinero estira la masa, y parte del material cae en el agujero, emitiendo un destello final. Estos eventos, llamados disruptiones de marea, son una oportunidad única para pesar un agujero negro que de otro modo permanecería invisible.

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.

En el centro del cúmulo de galaxias RXCJ1558.3-1410 hierve una vida invisible. El gas caliente se enfría, pero algo le impide contraerse y formar nuevas estrellas. Los astrónomos apuntaron un radiotelescopio a este cúmulo y vieron un débil resplandor: un mini-halo. Se extiende alrededor de la galaxia más brillante, como una neblina sobre una ciudad nocturna.

Los neutrinos cósmicos son partículas fantasma que atraviesan la Tierra sin obstáculos. El telescopio IceCube, incrustado en el hielo de la Antártida, captó uno de estos neutrinos, que coincidió con un destello infrarrojo.

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.

Nuestro Sol emite flujos de neutrinos, partículas que casi no interactúan con la materia. Al atravesar la densa materia solar, cambian de tipo — los científicos llaman a esto «sabor». Es como una voz que cambia al atravesar una multitud: cuanto más denso el entorno, mayor es la distorsión.