La primera luz emitida por el Big Bang

Un telescopio en el Polo Sur y el observatorio espacial Herschel de la ESA detectan por primera vez un tipo de luz muy débil y antigua, emitida cuando el cosmos era un «bebé» de menos de medio millón de años

ESA/Planck

Ilustración de cómo los fotones de la radiación de fondo son desviados por el efecto de lente gravitatoria.

El Telescopio del Polo Sur

En la novela y película «Contact» del astrofísico Carl Sagan, una civilización extraterrestre envía a la Tierra una transmisión acompañada por un vídeo del discurso de Adolf Hitler en los Juegos Olímpicos de 1936, la primera señal de televisión de la historia con la potencia suficiente como para llegar al espacio interestelar. La ficción imaginada por Sagan ilustra cómo una emisión de ondas con la potencia adecuada, ya sean luminosas, de radio u otro tipo, puede recorrer distancias inimaginables a través del universo y ser detectada por instrumentos lo suficientemente sensibles. Dado que las ondas se desplazan a la velocidad de la luz, cuando vemos en el cielo una estrella situada a 25 años luz estamos contemplando la luz que la estrella emitió hace 25 años; estamos viendo el pasado. Si contáramos con un instrumento lo suficientemente fino como para escudriñar el universo a una distancia de 13.800 millones de años luz, observaríamos lo que ocurrió hace 13.800 millones de años. Y lo que sucedió por aquellas fechas fue el Big Bang, el nacimiento del universo.

La hipótesis que manejan los astrofísicos dice que una fracción de segundo después de aquella colosal explosión, el universo se expandió rápidamente en un proceso conocido como inflación. Por entonces, el universo estaba en un estado de plasma tan caliente que la luz no podía atravesarlo. Unos 380.000 años más tarde, el cosmos se enfrió lo suficiente como para hacerse transparente y permitir el paso de la luz. Aquella primera luz imprimió en el cielo un retrato del universo en pañales cuyo eco aún hoy podemos detectar y que se conoce como radiación cósmica de fondo de microondas.

Esta especie de señal de televisión del universo bebé, que fue teorizada por primera vez en 1948, ha podido recogerse en los últimos años gracias a los sofisticados instrumentos de las sondas WMAP de la NASA y Planck de la Agencia Europea del Espacio (ESA). Ambos satélites han completado el mapa del cosmos naciente en el que se pueden apreciar diminutas fluctuaciones sobre su temperatura base, inferior a 270 grados bajo cero. Estas regiones corresponden a áreas de distinta densidad, en las que los científicos reconocen las semillas que luego dieron lugar a estrellas y galaxias.

Pero la radiación de fondo, considerada una de las principales pruebas de que existió un Big Bang, no es el final del camino, sino una puerta que aún guarda muchas incógnitas. En 2002 se demostró que una pequeña parte de la radiación, menos de un 10%, está polarizada, una propiedad de las ondas electromagnéticas que presentan una cierta ordenación geométrica. Por ejemplo, los filtros polarizadores empleados en fotografía eliminan los destellos y consiguen cielos más azules porque bloquean las ondas dispersadas al rebotar. La radiación de fondo no solo presenta fluctuaciones de temperatura, sino también de polarización; estas últimas se consideran una prueba de la inflación, ya que reflejan la dispersión de la radiación debida a la energía del Big Bang.

Mapa de la radiación cósmica de fondo de microondas del universo obtenido por el Planck. Los colores representan diminutas fluctuaciones de temperatura correspondientes a regiones de distinta densidad que originaron las estrellas y galaxias

ESA/Planck

Esta polarización recibe el nombre de modos E. Pero de ella, una pequeña parte aún más residual sufre un segundo tipo de polarización, llamada modos B. Estos se deben a un efecto llamado de lente gravitatoria. De la misma manera que una lente óptica desvía la luz, esta también se dobla durante su trayecto por el universo debido a la gravedad ejercida por la materia, incluyendo la materia oscura, invisible a la observación. “Cuando la lente gravitatoria distorsiona los fotones polarizados de la radiación de fondo, transforma parte de los modos E en modos B”, explica Joaquin Vieira, científico del Instituto Tecnológico de California y de la Universidad de Illinois (EE.UU.). Así, los modos B pueden ofrecer información esencial sobre la distribución de la materia que provoca este efecto de lente.

Los modos B son más difíciles de detectar porque su señal es más débil: las fluctuaciones son del orden de uno entre diez millones. Pero gracias a los avances en los instrumentos de observación, un equipo de científicos de EE.UU., Canadá, Reino Unido y Suráfrica ha conseguido por fin demostrar estos modos B. “Esta detección ha sido posible por una astuta y única combinación de observaciones terrestres desde el Telescopio del Polo Sur [de la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU.], que ha medido la luz del Big Bang, y datos del observatorio espacial Herschel [de la ESA], que es sensible a las galaxias asociadas a la materia oscura que causa el efecto de lente gravitatoria”, resume Vieira, que ha dirigido el análisis de los datos de Herschel.

Arrugas en el espacio-tiempo

La principal implicación del hallazgo la subraya el autor principal del estudio publicado en Physical Review Letters, Duncan Hanson, de la Universidad McGill en Montreal (Canadá): “La detección de esta pequeña señal de modos B por lente gravitatoria es un hito importante hacia la medición de otro tipo de modos B más esquivos, creados durante la inflación del Big Bang”. Los modos B a los que Hanson se refiere se produjeron debido a las ondas gravitatorias generadas por las violentas colisiones de la materia, y entre esta y la energía, durante el rápido proceso de inflación. En palabras del coautor del estudio Stephen Hoover, de la Universidad de Chicago (EE.UU.), “las ondas gravitatorias son arrugas en el tejido del espacio-tiempo, y pensamos que las originadas durante la inflación dejaron una huella en los modos B de la polarización de la radiación de fondo”.

Estos son aún más difíciles de detectar que los ocasionados por lente gravitatoria, pero el hallazgo de estos últimos demuestra que es posible registrarlos. Ahora, los cosmólogos especulan si estos esquivos modos B creados en el primer segundo de existencia del universo podrían aparecer en los nuevos resultados del telescopio espacial Planck que se conocerán en 2014. De ser así, no solo se confirmaría la hipótesis de la inflación, sino que estaríamos más cerca que nunca del origen del universo.