Parte Superior: Refinamiento progresivo en la observación de la

Parte Superior: Refinamiento progresivo en la observación de la radiación cósmica de fondo. En los mapas, la región brillante
central corresponde a radiación emitida por nuestra galaxia, la Vía Láctea. Las “manchitas” de la parte superior e inferior
corresponden a la radiación cósmica de fondo. Es posible “eliminar” nuestra galaxia de la imagen comparando radiación en distintas
frecuencias.
Parte Inferior: Imagen sucinta de la historia de nuestro Universo. La radiación cósmica de fondo refleja ligeras irregularidades en el
gas primitivo, que posteriormente darían origen a estrellas y galaxias.
Ecos del Big-Bang
¿Cómo empezó todo?
¿Cómo se originaron las estrellas?
¿De dónde vino la materia?
¿De dónde vinimos nosotros mismos?
Estas preguntas son antiquísimas; desde que se originó la especie humana medio millón de años atrás, la gente ha inventado mitos
para explicar estos misterios. Sería maravilloso si pudiéramos ver por nosotros mismos el origen del Universo y responder en forma
precisa interrogantes como esas. Por supuesto, ver el Big-Bang parece imposible: sencillamente, ¡no había nadie filmándolo!
Pero aunque parezca increíble, sí es posible ver el pasado remoto. El cómo hacerlo radica en la naturaleza de la luz misma. La luz
viaja a una velocidad altísima (300.000 km/s), pero no infinita. Por lo tanto, le toma cierta cantidad de tiempo ir de un lugar a otro.
Por ejemplo, la distancia entre el Sol y la Tierra es tan grande, que la luz solar demora más de 8 minutos en llegar a la Tierra. No
vemos al Sol como es, sino como era hace 8 minutos atrás. Si en este instante el Sol explotase, sólo nos enteraríamos 8 minutos
después. Por lo tanto, podemos utilizar la luz para escudriñar el pasado. Mientras más lejos vemos, vemos luz más antigua, con
información del pasado remoto.
La pregunta “¿cómo empezó todo?” parece seria y trascendental. En cambio, la pregunta “¿de qué color es el cielo nocturno?” parece
sencilla e ingenua. Quizás la mejor respuesta a esta última pregunta es la que dan siempre los astronautas, que tienen el privilegio de
poder observar el cielo sin la atmósfera: “negro, negro profundo”. Sin embargo, esto parece profundamente contradictorio. En efecto,
cuando miramos en las profundidades del cielo, en principio estamos mirando tan lejos como es posible. Eso significa que también
estamos viendo luz tan antigua como es posible. Por lo tanto, ¿no deberíamos ver los fuegos del Big-Bang sobre el fondo del cielo en
vez de ver nada? ¿Qué sucede?
La solución de esta aparente paradoja yace en darnos cuenta de que la pregunta “¿de qué color es el cielo nocturno?” en realidad no
tiene nada de ingenua. La luz son ondas electromagnéticas, al igual que las ondas de radio, las microondas, los rayos X, etc. La única
diferencia es el color. Nuestro Sol emite en un máximo en torno del amarillo; debido a ello, evolucionamos con ojos sensibles a sólo
unos pocos colores en torno al amarillo. ¡Pero hay muchísimos otros colores que no vemos! Para efectos prácticos, somos casi
ciegos. Otros animales, como algunos insectos y crustáceos, han evolucionado en forma distinta y pueden visualizar rangos de
colores muchos más amplios, que incluyen los infrarrojos y los ultravioletas.
Por lo tanto, para responder de verdad la pregunta “¿de qué color es el cielo nocturno?” debemos usar ojos distintos, capaces de ver
todos los colores del espectro electromagnético.
En 1965, dos físicos, Arno Penzias y Robert Woodrow, construyeron un nuevo tipo de antena para comunicaciones vía satélite. Para
su extrañeza, percibieron ondas electromagnéticas que provenían de todo el cielo. Al principio pensaron que las señales provenían de
ciudades cercanas. No era así. Después pensaron que era un error inducido por guanos de paloma esparcidos sobre la antena.
Agarraron a tiros a las palomas y limpiaron la antena “de la sustancia diélectrica blanca” que los pájaros habían dejado sobre ella. La
señal continuaba. Sin quererlo, habían construído el tipo de ojo preciso para responder en realidad de qué color era el cielo. Y lo que
ambos habían descubierto eran los ecos del mismísimo Big-Bang, llenando el cielo desde todas partes. Por ello, recibieron el Premio
Nobel en 1978.
Lo que ellos encontraron es interesantísimo. El cielo no es negro, sino que parecía ser de un color y brillo uniforme. Lo único que lo
interrumpía era el brillo de las estrellas de la Vía Láctea, nuestra Galaxia. La pobreza de nuestros ojos no nos permite ver este
grandioso espectáculo, pero esa luz primigenia está allí, llenando todo el cielo.
Pero esto supone otro gran dilema. Esa luz uniforme significa que en principio, el Big-Bang fue perfectamente uniforme. Pero si el
Big-Bang fue tan uniforme, entonces la materia debería estar esparcida en el Universo como un gas perfectamente homogéneo
también. No deberían de existir Galaxias, ni estrellas, ni mundos en torno de ellas, ni seres tratando de averiguar el verdadero color
del cielo. Sólo debería existir un frío gas homogéneo, llenando todo el Universo. ¿Cómo llegaron a existir nuestra Galaxia, nuestro
Sol, nuestro mundo y nosotros mismos?
Hace unos meses atrás, tuve el privilegio de conocer a George Smoot, uno de los varios físicos que resolvieron este misterio y por lo
cual recibió el Premio Nobel el 2006. Estos científicos se preguntaron si de verdad el color del cielo sería perfectamente uniforme.
Para dilucidar este dilema, en 1989 se lanzó una nave espacial notable, llamada COBE (COsmic Background Explorer). Esta nave
estaba dotada con un “ojo de artista”, capaz de distinguir entre colores muy similares. Y lo que el equipo de Smoot descubrió con el
COBE fue asombroso. En efecto, ¡el fondo del cielo no es parejo, sino que está lleno de variaciones de tonalidad! A este patrón de
colores que llena el cielo se le da el nombre (no muy original) de radiación cósmica de fondo. La información que guarda esta luz
primigenia es importantísima: nada más ni nada menos que la historia de cómo se originaron las estructuras del Universo que vemos
hoy. En cierto sentido, en los cielos están dibujados los planos del Universo.
Pero el COBE no tenía la resolución necesaria para entender con precisión el origen de las estructuras del Universo. Necesitamos ver
el cielo no sólo distinguiendo colores muy similares, sino que también en forma muy nítida. Por ello, en 2001 la NASA lanzó la nave
espacial WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), la cual es capaz de ver el cielo con más de 30 veces la nitidez del
COBE. Esta nave ha estado tomando datos desde entonces, entregándonos un mapa del cielo asombroso. El fondo del cielo se parece
muchísimo a un cuadro de “puntillismo” impresionista.
Pero la historia no acaba ahí. El 2009 la Agencia Espacial Europea lanzó la nave espacial Planck, para observar el fondo del cielo con
una resolución, sensibilidad y calidad sin precedentes. Hace unos meses atrás, la nave espacial terminó de captar los datos
preliminares después de un año completo de observaciones. En la imagen de más arriba puede apreciar el bello resultado (y la
superioridad tecnológica de Planck) por usted mismo.
Pero, ¿y qué hemos aprendido de estas bellas imágenes? Quizás lo más impresionante de todo es que la mayor parte del contenido
del Universo es invisible. Menos del 5% corresponde a materia ordinaria, tal como la que nos compone a nosotros mismos. El 23%
del Universo corresponde a Materia Oscura, la cual no hemos podido ver ni captar de ninguna forma, excepto por el hecho de que
curva el espaciotiempo. El 72% corresponde a Energía Oscura, una forma de energía que permea el espacio uniformemente y que
empuja al Universo a expanderse en forma cada vez más rápida. Menos del 1% parece correspoder a neutrinos, pequeñísimas
partículas elementales que casi no interactúan con la materia ordinaria.
También hemos descubierto el origen de las “manchitas” de la radiación cósmica de fondo. A nivel microscópico, las partículas
fundamentales se comportan con una aleatoriedad intrínseca, a lo que llamamos fluctuaciones cuánticas. Una de las cosas
sorprendentes de la radiación cósmica de fondo es que sus irregularidades coinciden en forma precisa con lo que podríamos esperar si
las fluctuaciones cuánticas de un gas muy caliente y confinado en un pequeño espacio, ¡hubiesen sido estiradas hasta el tamaño del
Universo! En efecto, lo que creemos es que esta expansión primordial fue sumamente rápida, extendiendo las fluctuaciones cuánticas
originales y estirando la geometría del espacio. El resultado es que a nivel cósmico, nuestro Universo es casi plano.
Durante esta rápida expansión inicial o inflación, el Universo era tan caliente y denso que la materia existía sólo en estado de plasma,
un gas de núcleos atómicos y electrones que podemos visualizar como una niebla brillante llenando el Universo. Sólo 380.000 años
después del Big-Bang, el Universo se enfrió lo suficiente para formar un gas primitivo compuesto sólo de Hidrógeno, Helio y Litio.
En ese instante, la “niebla” se disipó y el espacio se volvió transparente. Es en este instante cuando la luz que ahora percibimos como
la radiación cósmica de fondo empezó su largo viaje hacia nosotros. Debido a las fluctuaciones cuánticas originales, algunas regiones
de este gas primitivo eran ligeramente más densas que otras. La gravedad hizo que que estas regiones atrajesen más gas hacia ellas,
dando origen gradualmente a las primeras estrellas y galaxias.
La historia que he contado parece terriblemente incompleta. Quedan muchísimas preguntas: ¿Cómo, a partir del Hidrógeno, Helio y
Litio primitivo se formaron los demás elementos? Por ejemplo, ¿cómo surgió el Carbono de nuestros cuerpos y el Oxígeno del
agua? ¿Cómo surgió la vida a partir de la materia inanimada? ¿Qué significa que nuestro Universo sea casi plano? ¿Qué significa
que la Materia Oscura curve el espacio? ¿Qué sucede en esta historia con los Agujeros Negros? ¿Realmente existen?
¿Tiene la Ciencia respuesta para estas preguntas? Simple y llanamente, la respuesta es SÍ. Tenemos excelentes respuestas para estas
interrogantes.
Hay otras preguntas que surgen en forma natural, como “¿Qué había antes del Big-Bang? ¿Hubo un “antes”? ¿De dónde vino esta
gigantesca explosión?”. Para ellas, nuestras respuestas ya no son tan precisas. Esto se debe a que aún nos falta una parte fundamental
de este acertijo: comprender cómo se comporta el espaciotiempo a nivel cuántico. Sin embargo, buena parte de la comunidad
científica trabaja tratando de resolver este problema, y las respuestas previas parecen maravillosas: Los modelos que tenemos
predicen que quizás hayan muchos universos. Uno los podría imaginar como delicadas membranas flotando en un Multiverso mayor;
al chocar entre ellas se formarían Big-Bangs, destruyendo todo en su interior. Pero les contaré más de esto en otro post.
Por ahora, la próxima vez que mire el cielo nocturno, recuerde que la oscuridad entre las estrellas no es realmente negra. Allí,
llenando el cielo hay un antíquisimo cuadro de puntillismo abstracto, de casi 14 mil millones de años en el cual se cuenta la historia
del origen del Universo.
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Si quiere aprender más sobre la nave espacial Planck, puede ver su página web oficial
http://www.esa.int/SPECIALS/Planck/SEMWN20YUFF_0.html.
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Un excelente video mostrando su funcionamiento se encuentra en YouTube,
http://www.youtube.com/watch?v=e5BeGg4xWVM
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“En la Tierra hemos despertado recién para contemplar los grandes océanos de espacio y tiempo de los cuales hemos emergido.
Somos el legado de 14 mil millones de años de evolución cósmica.
Tenemos una elección: Podemos mejorar nuestras vidas y conocer el Universo que nos hizo,
o podemos desperdiciar nuestra herencia de 14 mil millones de años en una autodestrucción sin sentido.
Lo que ocurra en el primer segundo del próximo año cósmico depende de qué haremos, aquí y ahora,
con nuestra inteligencia y conocimiento del Cosmos.”
Carl Sagan (1934-1996)