El Fondo Cósmico de Microondas

En 1964 Arno Penzias y Robert Wilson estaban trabajando en mejoras de telecomunicaciones con satélites en órbita mediante enlaces de microondas. Como ocurre muchas veces en ciencia, mientras hacían ésto descubrieron por casualidad que apuntasen donde apuntasen en el cielo con su radiotelescopio siempre encontraban un ruido, una radiación de fondo muy uniforme. Se correspondía a la radiación que emitiría un cuerpo negro a una temperatura de entre 2,5 y 4,5K, es decir, algo muy muy frío. ¿Qué era aquello?

Esquema del modelo de cuerpo negro

La respuesta la darían en 1965 George Gamow, Robert Dick y J.Peebles. Estos tres cosmólogos llevaban años teorizando sobre cómo serían las condiciones del Universo poco después del Big Bang. Llegaron a la conclusión de que en los primeros instantes el Universo debían tener una temperatura muy alta y estaría dominado por radiación. Esta radiación impedía la formación de átomos.

Cuando se enfrió lo suficientes, se empezaron a combinar electrones, protones y neutrones para formar átomos, liberándose una gran cantidad de radiación en todo el espacio que a medida que se expandía el Univero, ser iría desplazando hacia el rojo. Según sus cálculos, en la actualidad esta radiación debería corresponderse con la de un cuerpo negro de unos pocos grados Kelvin. Precisamente lo que habían observado Penzias y Wilson. Hoy lo conocemos como Fondo Cósmico de Microondas o por sus siglas en inglés: CMB (Cosmic Microwave Background).


El Fondo Cósmico de Microondas fue descubierto por Arno Penzias y Robert Wilson y teorizado por George Gamow, Robert Dick y J. Peebles


Al ser radiación de baja energía, la atmósfera terrestre es un gran impedimento para hacer mediciones precisas, por lo que en 1989 se envío al satélite COBE (Cosmic Background Explorer) al espacio. Su misión: hacer mediciones precisas de este fondo de microondas. Lo que COBE encontró fue que, efectivamente, este era un fondo que vería desde todas partes del Universo, lo que descartaba que se tratase de radiación proveniente de algún evento puntual lejano, como otra galaxia. Debía ser radiación proveniente de un evento que había ocurrido en todo el Universo a la vez. Además, midió que esta radiación actualmente se corresponde con la de un cuerpo negro a 2.716K, en general, ya que este fondo es muy homogéneo e isótropo (es decir, es igual mires en la dirección que mires y desde el lugar que mires), COBE también encontró pequeñas anisotropías. Es decir, existen pequeñísimas variaciones de temperatura en algunos puntos. Estas anisotropías fueron confirmadas posteriormente por los satélites WAP y PLANCK, que realizó el siguiente mapa del CMB donde la escala de colores representa esas pequeñas variaciones de temperatura.


El Satélite COBE fue el primer satélite diseñado para estudios cosmológicos


Aunque el CMB fue un gran hallazgo que vino a apuntalar el modelo cosmológico, de nuevo, como suele ocurrir en la ciencia, nos dejó más preguntas que respuestas. Y es que el CMB constituye lo que llamamos El Problema del Horizonte, que fue uno de los 5 problemas que tenía el modelo del Big Bang caliente y por lo que se desechó a principios de los 80 para dar paso al modelo actual: el Lambda CDM.

La cuestión era: ¿cómo es posible que zonas de Universo fuera del contacto causal estuvieran a la misma temperatura? Es decir, en el Universo hay zonas que no pueden comunicarse con otras zonas porque están tan lejos que a la luz no le ha dado tiempo a llegar de una a otra, y como nada puede viajar más rápido que la luz, si ella no ha llegado, nada lo puede hacer. Por lo tanto, ¿cómo puede ser que zonas que no pueden comunicarse y, por tanto, no pueden intercambiar energía se encuentren a la misma temperatura? Un ejemplo, si tienes un vaso de agua y un cubito de hielo y echas el cubito en el vaso, ambas partes intercambiarán energía y terminarán poniéndose a la misma temperatura. Lo que aquí ocurre sería equivalente a decir que teniendo el vaso en Australia y el cubito en España, ambos se encuentran, inexplicablemente, a la misma temperatura.

Para solucionar ésto, había que encontrar un evento que se diera simultáneamente en todo el Universo y que provocase que todo el Universo (recordemos, en cosmología siempre se habla a gran escala) se encontrase en equilibrio térmico.

La respuesta la dieron en 1980 Alan Guth y Andrei Linde, pero de esto hablaremos otro día.