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El fondo cósmico de microondas y la misión Planck

14/oct/18 6:37 AM
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Izquierda: imagen artística del satélite Planck en el espacio. Derecha: imagen real de las fluctuaciones de temperatura medidas en el fondo cósmico de microondas. Las variaciones de color observadas son del orden de una millonésima de grado, suficientes como para medir desde la Tierra la temperatura de un conejo sentado en la Luna./ misión Planck (www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/) /

Aurelio Carnero Rosell

En 1929, el astrónomo americano Edwin Hubble, basándose en el trabajo de la astrónoma Henrietta Leavitt, descubrió que todas las galaxias en el Universo se alejan unas de otras a una velocidad que es mayor cuanto mayor es la distancia. Esta fue la primera evidencia científica de la expansión del Universo. Esto, junto con las predicciones matemáticas de la teoría de la relatividad general, llevó a los científicos a pronosticar un evento singular: dando marcha atrás en el tiempo, si el Universo se expande, en un pasado muy remoto este tuvo que estar contenido en un espacio muy pequeño y caliente (lo que hoy conocemos como Big Bang). Pero esta predicción, además, pronosticaba un hecho observacional muy claro. Si el Universo era muy caliente en el pasado, este debería haber emitido una radiación muy fuerte, que en el presente debería ser detectada desde la Tierra. Como han pasado miles de millones de años, esta radiación, que hace mucho tiempo era muy caliente, debe haberse enfriado y por tanto, si la buscáramos hoy en el presente, su frecuencia se encontraría en el espectro de radio.

Después de décadas infructuosas de búsqueda de esta radiación, en 1964 un grupo de radioastrónomos americanos liderados por Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron fortuitamente una señal inquietante en su nuevo detector de ondas de radio. Esta radiación era muy suave e isótropa (independiente de la dirección a donde mirasen). Tras rechazar cualquier fallo en las medidas, no cabía otra explicación: ¡acababan de descubrir la radiación de fondo de microondas proveniente del Big Bang! Este descubrimiento les valió el premio Nobel de Física de 1978.

Para ser precisos la radiación de fondo de microondas (CMB, de sus siglas en inglés) no es exactamente la radiación del Big Bang. Desde el momento exacto del Big Bang hasta que el Universo se enfrió lo suficiente como para poder emitir luz, pasaron aproximadamente 400 000 años. Este es justamente el momento donde se originó la radiación del CMB y que medimos hoy en día. A escalas humanas, 400 000 años puede parecer mucho, pero a escalas del Universo, que tiene una edad de casi 14 mil millones de años, es casi nada. Por poner un símil, es como si a una persona de 100 años la conociéramos desde su primer día de vida: no podremos decir que estuvimos en el día de su nacimiento, pero casi. Así que sin ser muy precisos (por ejemplo en una conversación en un almuerzo familiar), podemos decir que el CMB es el eco del Big Bang, pero si queremos ser precisos (por ejemplo, en la misma reunión familiar, algún primopesao dice que el CMB es el eco del Big Bang), ahí podríamos corregir y decir que no, que tuvieron que pasar 400 000 años para el Universo enfriarse lo suficiente como para poder emitir radiación.

Las propiedades del CMB se han estudiado profundamente. Tiene una temperatura actual de 2,72548 ± 0,00057 grados Kelvin (¡una precisión en la temperatura de 0,00001 grados! De acuerdo con la página oficial de la misión Planck, es como medir desde la Tierra la temperatura de un conejo sentado en la Luna). Debido a esta excelente precisión de medida, somos capaces de medir variaciones de temperatura en el CMB que fueron producidas por las fluctuaciones cuánticas de la época. Son justamente estas fluctuaciones las que nos han permitido medir la cantidad de materia en el Universo, el ritmo de expansión del Universo y su edad.

Para poder llegar a tamaña resolución en el CMB hemos tenido que construir telescopios espaciales que nos eviten la contaminación de la atmósfera. El primero de todos ellos fue el explorador estadounidense COBE, lanzado en 1989. A continuación le siguió el satélite de la NASA WMAP, lanzado en 2001, y finalmente el satélite Planck, lanzado en 2009. Cada una de estas misiones ha ido mejorando la precisión de los datos hasta hace pocas semanas, cuando la misión Planck dio por acabadas sus actividades.

La misión Planck fue una misión europea formada por más de 40 institutos y con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias. Estuvo operativa desde 2009 hasta octubre de 2013, cuando terminó la toma de datos. Tras años de análisis exhaustivos de los datos, hace pocas semanas la colaboración publicó sus resultados científicos finales.

Fueron casi cinco años de procesamiento cuidadoso de los datos. Gracias a ellos, somos capaces de confirmar muchas de las propiedades del Universo tal como lo conocemos hoy: un Universo isotrópico en expansión, formado por materia oscura, energía oscura, radiación y materia ordinaria, con una edad aproximada de 14 mil millones de años. El ajuste a este modelo, llamado modelo estándar, es espectacular. Tan espectacular que deja a los físicos un poco perplejos. A muchos de nosotros nos gusta, a medida que mejoran las mediciones, encontrar evidencias de discrepancias con el modelo ampliamente aceptado. Esto abre la puerta a la creatividad de resolver por qué se encuentran estas discrepancias. Pero en Cosmología está sucediendo lo contrario: a medida que profundizamos en la resolución de nuestros datos ¡el modelo estándar cada vez ajusta mejor! Seguro que muchos pensarán diferente de mí, y tienen razón. No hay nada que nos impida pensar que mejorando todavía más las precisiones de las medidas cosmológicas acabaremos encontrando divergencias al modelo estándar o, lo contrario, que confirmar el modelo estándar es igualmente de maravilloso desde el punto de vista científico.

En realidad no todo está escrito sobre Planck: sí que existen algunas inconsistencias en los datos en comparación con otras medidas cosmológicas. No me detendré en estos detalles salvo para dejaros una nota final: aunque las observaciones ajusten actualmente muy bien al modelo estándar de cosmología, todavía hay muchas incógnitas que resolver y quién sabe si alguna de estas no nos llevarán a una futura revolución en el conocimiento del Universo.

Aurelio Carnero Rosell nació en Santa Cruz de Tenerife. Su formación académica incluye la Licenciatura en Física por la Universidad de la Laguna y el Doctorado en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid. Tras seis años en el Observatorio Nacional de Río de Janeiro (Brasil), actualmente trabaja como investigador postdoctoral en el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) en Madrid dentro de la colaboración internacional del Dark Energy Survey, un cartografiado de galaxias diseñado para estudiar la energía oscura, el misterioso efecto que está acelerando la expansión del Universo.

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