Hace 13 800 millones años el universo nació de una explosión de energía y materia llamada Big Bang. Aunque este evento ocurrió en el pasado remoto, la radiación que generó aún hoy baña todo el cosmos. Es lo que conocemos como fondo cósmico de microondas.

La luz del universo nació 380 000 años después del Big Bang. Es invisible a nuestros ojos, pero detectable con los instrumentos adecuados. Constituye la fotografía más antigua y una de las herramientas más útiles que tenemos para conocer el origen del universo y su evolución desde entonces.

El primer viaje de la luz

La radiación cósmica de fondo de microondas (o CMB, por sus siglas en inglés) es una luz muy antigua que llega a la Tierra desde todas las direcciones. No podemos verla a simple vista porque su longitud de onda está en el rango de las microondas, fuera del espectro visible. Hoy su temperatura es muy baja, apenas 2,725 grados Kelvin sobre el cero absoluto (-270,425 ºC). Es un remanente del universo primitivo, la señal que quedó cuando la luz pudo viajar libremente por primera vez.

En sus primeros momentos, el universo era muy denso y caliente y la luz estaba atrapada. Los fotones chocaban constantemente con electrones libres, lo que impedía que avanzara. Cuando el cosmos se expandió y enfrió lo suficiente, unos 380 000 años después del Big Bang, los electrones se unieron a los protones para formar átomos neutros. A este proceso se le llama recombinación.

Entonces, los fotones quedaron libres y empezaron a viajar sin obstáculos. Había nacido la primera luz del universo. Esta luz, llamada fondo cósmico de microondas, sigue viajando desde entonces y nos llega de todas partes. Es una reliquia que nos da información muy valiosa sobre los orígenes del cosmos.

Un eco del Big Bang

El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas fue un suceso inesperado. En 1965, los físicos Arno Penzias y Robert Wilson trabajaban en los laboratorios Bell en Nueva Jersey con una antena para comunicaciones por satélite. Detectaron una señal persistente e inexplicable que no podían eliminar, sin importar hacia dónde apuntaran.

Esa señal provenía de todas partes del cielo, sin relación con fuentes conocidas. Pronto, otros científicos interpretaron que se trataba de la radiación remanente del Big Bang. Esta luz había quedado atrapada cuando el universo era joven y denso, pero se liberó, y ahora llega a nosotros tras viajar millones de años por el cosmos.

Este hallazgo fue una prueba directa de la teoría del Big Bang. Desplazó otras teorías rivales y abrió una nueva era en la cosmología. Desde entonces, el fondo cósmico se ha estudiado con detalle para revelar los secretos del origen y la evolución del universo.

El mapa más antiguo del cosmos

El fondo cósmico es el mapa más antiguo que tenemos del cosmos. Esta radiación nos llega desde todas las direcciones. Gracias a ella podemos reconstruir una imagen completa del cielo tal como era cuando tenía solo 380 000 años. Al analizarla con detalle, los científicos descubrieron pequeñas variaciones en su temperatura, de apenas una parte por 100 000, que reciben el nombre de anisotropías.

Estas pequeñas variaciones reflejan las primeras fluctuaciones de densidad en el universo primitivo. Fueron las semillas que dieron lugar a las estrellas, las galaxias y todas las estructuras cósmicas que conocemos hoy.

Estudiar las anisotropías nos ayuda a entender mejor la composición del universo, su edad, cómo fueron sus primeros instantes y su expansión posterior. Además, el fondo cósmico sirve para poner a prueba teorías clave, como la inflación cósmica, que describe una rápida expansión justo después del Big Bang.

Algunas señales de este proceso, como las ondas gravitacionales primordiales, podrían dejar marcas específicas en la polarización del CMB. Esto convierte a esta radiación en una ventana única para estudiar fenómenos con energías que no podemos reproducir en la Tierra.

Gracias a este estudio, también podemos medir con gran precisión parámetros como la curvatura del espacio, la cantidad de materia y energía oscura y la velocidad a la que se expande el universo.

Tecnología para explorar el fondo cósmico

Detectar la radiación de fondo cósmico con precisión no es fácil. Es una señal muy débil que suele quedar tapada por la radiación de otras fuentes en el espacio. Para observarla, se usan telescopios espaciales con sensores muy sensibles, capaces de captar pequeñas variaciones de temperatura en el cielo.

Estos instrumentos deben estar lejos de interferencias, como la atmósfera terrestre o las emisiones humanas. Por eso, muchos están en lugares remotos, como el desierto de Atacama, en Chile, o la Antártida, o incluso en satélites que orbitan fuera de la Tierra, como las misiones COBE, WMAP o Planck.

En la Universidad de Oviedo también participamos en el estudio del CMB. Creamos métodos basados en inteligencia artificial para analizar mejor sus datos. Esto nos ayuda a separar la señal original del ruido y las interferencias. Así, contribuimos a reconstruir cómo era el universo en sus primeros momentos y a responder algunas de las grandes preguntas de la cosmología moderna.

Aunque ya sabemos mucho, el fondo cósmico sigue guardando secretos. Medir con precisión su polarización o detectar señales de ondas gravitacionales primordiales son retos aún por resolver. Un día, veremos la luz.

Sara Rodríguez Cabo, Investigadora en física, Universidad de Oviedo

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.