Las oscilaciones acústicas de bariones son una de las predicciones más importantes del modelo cosmológico de Big Bang. Según esta teoría, cuando el Universo era muy joven, toda la materia y toda la radiación existentes estaban condensadas y mezcladas en una especie de potaje cósmico supercaliente (lo que viene llamándose un plasma). En este plasma primordial, los fotones no podían moverse libremente: enseguida interactuaban con la materia colindante y, por lo tanto, donde se movía la radiación, se movía la materia y viceversa. La materia y la radiación estaban acopladas. Pasaron miles de años mientras el Universo se expandía y enfriaba, hasta que llegó el momento en el que los electrones se combinaron con los protones y formaron átomos de hidrógeno. En este momento, para la radiación, súbitamente el Universo se volvió transparente: se dice que la radiación se “desacopló” de la materia. A esta época la llamamos “la época de recombinación” y sucedió cuando el Universo tenía 370 000 años. Es justamente este momento el que vemos cuando miramos al fondo cósmico de microondas.
Vamos a ello: ¿qué son las oscilaciones acústicas de bariones? En este plasma primordial del que les he hablado, también existía la materia oscura. Además, la distribución espacial de materia ordinaria (bariónica), materia oscura y radiación no era perfecta (no existe nada perfecto en esta vida). Existían pequeñas fluctuaciones de densidad: en un lado había más materia, en otro lado un poquito más de radiación; aquí y allá había pequeños grumos de una y otra cosa. Pues bien, allí donde hubiera grumos de materia oscura (recuerden que la materia oscura no interacciona con la radiación), estos ejercían una atracción gravitatoria sobre la materia a su alrededor. Así, la materia bariónica era atraída hacia el centro de estos grumos y, con ella, la radiación. Al mismo tiempo, la presión de radiación y el calor generado eran tan grandes, tan grandes, que ejercían al mismo tiempo una fuerza hacia fuera; la luz era expulsada, llevándose con ella la materia ordinaria. Este efecto de compresión y expansión produjo en el plasma primordial ondas acústicas: las oscilaciones acústicas de bariones.
Y bien, ¿por qué las denominamos acústicas? Este mismo efecto de compresión y expansión de un medio, en este caso la atmósfera, es el causante del sonido en nuestro entorno. El sonido no es más que la compresión del aire a nuestro alrededor; sin un medio para propagarse, no existe el sonido. Es esa la similitud con las oscilaciones acústicas de bariones: tanto el sonido como estas son ondas de presión propagándose en un medio, en este caso, en el plasma primordial existente después del Big Bang.
Según nuestras estimaciones, las oscilaciones acústicas de bariones se propagaron en el plasma primordial hasta alcanzar una distancia máxima en la época de recombinación. A partir de aquí, las ondas pararon de propagarse, digamos que se “congelaron” debido al desacoplamiento de la luz con la materia, formando zonas de mayor densidad (en las zonas de compresión) de materia bariónica en torno a los grumos de materia oscura. En resumen, en la época de la recombinación, que es el instante que vemos cuando miramos al fondo cósmico de microondas, se formaron zonas con una mayor densidad de materia oscura (allí donde estaban los grumos) y alrededor de estas se formaron capas con una mayor densidad de materia bariónica a una distancia fija y, además, predecible.
¿Y por qué son importantes estas oscilaciones acústicas de bariones? Por un lado, creo que solo el hecho de ser capaces de predecirlas y detectarlas en el fondo de microondas es un hito espectacular de la ciencia. Y no soy el único en pensar así; tanto es que Jim Peebles, uno de los mayores estudiosos de este plasma primordial, ganó el premio Nobel de Física en 2019. Por otro lado, y ya para terminar, cabe resaltar que esta escala característica de las oscilaciones acústicas no solo se detecta en el fondo de microondas, sino que también la detectamos en la distribución de galaxias en la época actual. Resulta que cualquier sobredensidad de materia en el plasma primordial ejerció de semilla para el nacimiento de futuras galaxias: donde más materia había, más materia se acumuló. Es de entender entonces que tanto los grumos de materia oscura, como las capas de materia bariónica alrededor de estas, sirvieron de criaderos de galaxias. Y esto lo medimos actualmente en la distribución de galaxias: la probabilidad de encontrar dos galaxias separadas por la distancia característica de las oscilaciones acústicas de bariones es mayor que la de encontrar dos galaxias a otras distancias diferentes. Y es a esto a lo que he dedicado años de mi vida, a medir distancias entre millones y millones de galaxias para obtener la distancia de las oscilaciones acústicas de bariones.
BIOGRAFÍA: 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) y otros dos años en el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) en Madrid, volvió a Tenerife como investigador postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Actualmente continúa su investigación sobre Cosmología y Física Extragaláctica como miembro de la colaboración Dark Energy Survey.
*Adriana de Lorenzo-Cáceres Rodríguez, natural de Santa Cruz de Tenerife, es la coordinadora de Gaveta de Astrofísica. Licenciada y Doctora en Física por la Universidad de La Laguna con un proyecto de investigación sobre galaxias desarrollado en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha sido investigadora postdoctoral en la Universidad de St Andrews (Escocia), la Universidad de Granada, la Universidad Nacional Autónoma de México y el IAC. Actualmente trabaja en la Universidad Complutense de Madrid. Es miembro de la Comisión Mujer y Astronomía de la Sociedad Española de Astronomía y del equipo editorial de su boletín bianual.
