Ecos del Big Bang

Por el hallazgo que realizó un grupo de astrofísicos de Caltech en el Polo Sur, el 17 de marzo de 2014 será recordado como un parte aguas.
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Una rendija se ha abierto en la ventana del cosmos. La noticia ha causado un enorme revuelo, pues se trata de uno de los descubrimientos más trascendentales de la ciencia en mucho tiempo, tan importante como el hallazgo de la partícula de Higgs y el esclarecimiento de su mecanismo. El 17 de marzo de 2014 será recordado como un parte aguas.

Al otro lado de la escalera del Universo, donde los peldaños se acercan a lo inmensamente grande, un grupo de astrofísicos de Caltech, bajo la coordinación de Jamie Bock, logró realizar una finísima observación del Fondo Cósmico de Microondas, la luz más antigua del Universo, y de esa manera confirmó que, en efecto, este experimentó una vertiginosa inflación durante los primeros instantes después del Big Bang. Descubierta por Arno Penzias y el mago de los aceleradores de partículas, Robert Wilson, la radiación de fondo trajo una sorpresa: es mucho más uniforme de lo esperado. Para explicar esta anomalía se propuso la teoría de la inflación cósmica.

La observación se llevó a cabo con el telescopio BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), localizado en el Dark Sector Lab de la estación Amundsen-Scott del Polo Sur, que se halla equipado con 512 detectores. Todos se conectan a un conjunto de telescopios vecinos (Keck), los cuales duplican la capacidad del BICEP2.

Hasta donde sabemos, en ese momento (10^-35 seg) el Universo era un plasma ionizado en el que la radiación esparcía electrones todo el tiempo, así que había un contacto térmico. Una vez que la materia atómica dominó el paisaje, los electrones ya no se diseminaron y la radiación dejó de ser transportada por la materia. Desde entonces los fotones viajan libres, fríos, debido a la expansión, y es posible observarlos en forma de radiación cósmica de microondas. Son la huella del estado en que se encontraba el Universo en sus primeros 10 mil años de vida, cuando aún era una bola caliente, muy densa y opaca. Poco más de un millón de años después de Gran estallido, la densidad material cedió y la temperatura de la radiación cósmica bajó hasta el punto de que los átomos de hidrógeno se convirtieron en el estado de la materia luminosa predominante.

Todas las estructuras evolucionaron a partir de fluctuaciones de densidad infinitesimales, la inestabilidad gravitacional ocasionó su inexorable crecimiento y posterior desarrollo en galaxias, cúmulos galácticos, incluso estructuras más grandes. Los astrónomos han observado en los confines del Universo por lo menos estructuras de 100 megaparsecs. Galaxias y agregados, cúmulos y súper cúmulos crecieron debido a la amplificación gravitacional de diminutas “deshomogeneidades” de materia presentes en el momento en que el Universo adquirió transparencia, es decir, unos cientos de miles de años después del Gran estallido. Tales “deshomogeneidades” dejaron su rastro en el vasto mar de radiación cósmica surgida de la gran bola de fuego primordial. Para ese entonces el Universo se había enfriado a una temperatura de unos cuantos miles de grados (hoy se encuentra a 2.7 K). Esto implica la existencia de unos mil millones de cuantos radiactivos (fotones) por cada átomo en el Universo.

Según lo probaron en su momento las imágenes emitidas por el satélite COBE, dichas ondulaciones son resultado de un cambio en la longitud de onda de la luz conforme atraviesa y envuelve regiones de diferente densidad de masa. La teoría de la inestabilidad gravitacional señala que las irregularidades en la densidad primordial deberían ser del orden de una parte en 100 mil para haber tenido el tiempo suficiente de crecer hasta alcanzar las estructuras que nos dieron a conocer las mediciones realizadas por COBE, lo cual comenzó a reafirmar los fundamentos de la cosmología contemporánea.

Hoy las ideas de los astrofísicos Alan Guth, Andrei Linde, Andreas Albrecht y Paul Steinhardt parecen haber sido confirmadas y sólo se esperan nuevas evidencias irrefutables, pues el telescopio espacial Planck no ha corrido con la misma suerte. Hasta ahora no se contaba con evidencia directa que nos permitiera explicar por qué el Universo es tan uniforme desde donde se le mire y qué ocasionó que esta radiación de fondo de microondas sea la misma por todas partes. Además, el descubrimiento refuerza la idea de Albert Einstein sobre la existencia de ondas gravitacionales primigenias que, a su vez, estamparon su firma en tal radiación de microondas, y de paso descarta, en principio, la hipótesis de que el Big Bang es sólo el más reciente de un número infinito de estallidos. Hace algunos años, cuando tuve la oportunidad de preguntarle al cosmólogo Stephen Hawking si la inflación era una fantasía, me hizo saber que, debido al estado físico de su persona, la respuesta le tomaría varias horas, por lo que la resumió en la siguiente frase: “¿Cuánto está dispuesto a apostar?”.