futuro

Sábado, 30 de julio de 2005

COSMOLOGIA: A 40 AÑOS DEL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACION COSMICA DE FONDO

El débil susurro del Big Bang

“Dijo el Eterno entonces a la nada:
–¡Haya luz! –y la luz quedó creada.
¡Tú, oh luz, del éter puro quintaesencia!
¡Tú, la hija primogénita preciosa
De toda la existencia!”
John Milton, El paraíso perdido, 1674

Por Alejandro Gangui

En un comienzo todo era luz. Pues el gran arquitecto del universo separó la luz de las tinieblas. La tradición judeo-cristiana así lo indica a través de la Biblia: el primer día, Dios crea la materia y la luz a partir del caos y de la confusión. Por su parte, para la producción literaria más antigua de la India, el Rigveda (de aproximadamente el año 2000 a.C.), el orden de la Creación difiere sustancialmente del consignado en el Génesis del Antiguo Testamento: “El Orden y la Verdad nacieron del Ardor que se enciende. De allí nació la Noche. De allí, el Océano y sus ondas... El Cielo y la Tierra; el Espacio aéreo; y al final la Luz”.

La cosmología moderna, por su parte, ubica el “nacimiento de la luz” cuando el universo tenía unos 400 mil años de vida. En épocas más tempranas que ésta, de acuerdo a los modelos del Big Bang, la materia estaba formada por partículas cargadas eléctricamente (materia ionizada) y por electrones libres. La radiación (la luz) y los constituyentes ionizados básicos de la materia se hallaban en constante interacción, formando un único fluido mixto (una suerte de “sopa primordial”). La radiación no podía viajar libremente, sino que quedaba atrapada en el seno de la materia, como lo hace la luz matinal en una niebla muy espesa.

Pero el universo aumentaba su tamaño y por ello la densidad de partículas disminuía sin cesar. Las que otrora fueran interacciones continuas, se volvieron menos frecuentes. Con la expansión, también la temperatura ambiente disminuyó y la radiación, o quizás mejor los “corpúsculos de radiación” (los “fotones”, que este año festejan 100 años de existencia) no contaron ya con la energía suficiente como para evitar que se formasen los primeros átomos neutros, principalmente los más livianos como el hidrógeno.

Con la proporción de materia ionizada en constante disminución, estos fotones no tuvieron ya más con quien interactuar y es así como emprendieron su largo viaje por el universo casi sin sufrir alteraciones. Hoy, un poco más de 13 mil millones de años después del inicio de su periplo, esta radiación que inunda el universo es detectada con antenas de radio en la banda de las microondas y nos muestra la imagen más antigua jamás obtenida de nuestro propio universo.

Esta historia, con base científica, no hubiese sido contada jamás, si no fuera porque 40 años atrás, el 1º de julio de 1965, dos radioas-trónomos publicaron un modesto trabajo en la revista Astrophysical Journal reportando un “extraño ruido” en su antena de microondas.

Arno Penzias y Robert Wilson no lograban desembarazarse de un persistente ruido de fondo de una antena de los laboratorios Bell, en Holmdel, New Jersey, que había sido planeada para medir ondas de radio procedentes de un satélite de comunicaciones. Luego de meses de un trabajo minucioso y tras descartar todas las fuentes de ruido posibles e imaginables, Penzias y Wilson debieron concluir que la señal era debida a un fondo de radiación de intensidad muy constante, idéntico en todas las direcciones del cielo,que no presentaba nivel detectable de polarización y que estaba libre de variaciones estacionales. Era, sin embargo, de “origen desconocido”.

En el ínterin el físico Robert Dicke, un pionero en la fabricación de radiómetros, había comenzado a interesarse en la posible existencia de un hipotético fondo de radiación residual. El suponía que un fondo de radiación debía producirse por la destrucción de elementos químicos pesados al alcanzarse las inmensas temperaturas de la fase de contracción de un universo “oscilante”, modelo que estaba de moda por la época.

Así, Dicke sugirió a Peter Roll y a David Wilkinson la construcción de un radiómetro para buscar dicha radiación residual y asignó al joven James Peebles los cálculos teóricos. Tiempo más tarde, en un coloquio llevado a cabo en Baltimore, Peebles habló sobre el proyecto de su grupo y esta información no tardó en llegar a oídos de Penzias y de Wilson...

Mientras que el grupo de Dicke se aprestaba a realizar las primeras mediciones en el techo de su laboratorio, en Princeton, él y sus colaboradores descubrieron con gran sorpresa que una dupla de radioastrónomos (de los que jamás habían oído hablar y que trabajaban a sólo kilómetros de distancia) se les había adelantado en el gran descubrimiento.

En los días que siguieron, ambos grupos se reunieron en el sitio de la antena de Holmdel para escuchar este “débil susurro” del Big Bang, reconociendo la importancia que esto comportaba para la cosmología. Así fue como, aconsejados por el grupo de Princeton, la interpretación de este “ruido molesto” terminó por hacer a Penzias y Wilson acreedores del premio Nobel de Física en 1978, y a la antena de Holmdel, del título de monumento histórico el 20 de diciembre de 1989.

Hoy reconocemos a este fondo residual como el vestigio más importante de las épocas “calientes” de nuestro universo, cuando las temperaturas eran tales que aún no existían las grandes estructuras celestes, ni tampoco planetas, estrellas ni galaxias como la nuestra. Años más tarde, su estudio permitió poner en evidencia a las “semillas gravitatorias primordiales” que formaron a las galaxias y, recientemente (con datos del satélite WMAP), descubrir la época del fin de las “eras de oscuridad” de nuestro universo, cuando se encendieron las primeras estrellas.

La radiación de fondo fue descubierta por accidente, al igual que lo fue la famosa piedra de Rosetta. Esta última constituyó un elemento clave para develar muchos de los secretos de una de las civilizaciones más enigmáticas de las que tengamos memoria, ya que ayudó a los egiptólogos a descifrar los herméticos jeroglíficos egipcios durante el siglo XIX. De la misma manera, la radiación de fondo permite hoy a los cosmólogos descifrar las características, el contenido energético y, por qué no, también el futuro de nuestro universo.

Alejandro Gangui es investigador del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (Conicet) y autor del libro El Big Bang: la génesis de nuestra cosmología actual (Eudeba).

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