¿Qué es el fondo cósmico de microondas?
durante miles de años, el ser humano ha estado contemplando el universo y buscando determinar su verdadera extensión. Y mientras que los filósofos antiguos creían que el mundo consistía en un disco, un zigurat o un cubo rodeado de océanos celestes o algún tipo de éter, el desarrollo de la astronomía moderna les abrió los ojos a nuevas fronteras. En el siglo 20, los científicos comenzaron a entender cuán vasto (y tal vez incluso interminable) es realmente el universo.,
y en el curso de mirar más allá en el espacio, y más atrás en el tiempo, los cosmólogos han descubierto algunas cosas realmente sorprendentes. Por ejemplo, durante la década de 1960, los astrónomos se dieron cuenta de la radiación de fondo de microondas que era detectable en todas las direcciones. Conocido como el fondo cósmico de microondas (CMB), la existencia de esta radiación ha ayudado a informar nuestra comprensión de cómo comenzó el universo.
Descripción:
el CMB es esencialmente radiación electromagnética que queda de la época cosmológica más temprana que impregna todo el universo., Se cree que se formó unos 380.000 años después del Big Bang y contiene sutiles indicaciones de cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. Mientras que esta radiación es invisible usando telescopios ópticos, los radiotelescopios son capaces de detectar la señal débil (o resplandor) que es más fuerte en la región de microondas del espectro de radio.
el CMB es visible a una distancia de 13,8 mil millones de años luz en todas las direcciones de la Tierra, lo que lleva a los científicos a determinar que esta es la verdadera edad del Universo. Sin embargo, no es una indicación de la verdadera extensión del Universo., Dado que el espacio ha estado en un estado de expansión desde el universo temprano (y se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz), el CMB es simplemente el más lejano en el tiempo que somos capaces de ver.
relación con el Big Bang:
el CMB es fundamental para la teoría del Big Bang y los modelos cosmológicos modernos (como el modelo Lambda-CDM). Como dice la teoría, cuando el universo nació hace 13,8 mil millones de años, toda la materia se condensó en un solo punto de densidad infinita y calor extremo. Debido al calor extremo y la densidad de la materia, el estado del Universo era altamente inestable., De repente, este punto comenzó a expandirse, y el universo tal como lo conocemos comenzó.
en este momento, el espacio estaba lleno de un resplandor uniforme de partículas de plasma blanco-caliente-que consistía en protones, neutrones, electrones y fotones (luz). Entre 380.000 y 150 millones de años después del Big Bang, los fotones interactuaban constantemente con electrones libres y no podían viajar largas distancias. De ahí por qué esta época se refiere coloquialmente como la «Edad Oscura».,
a medida que el universo continuó expandiéndose, se enfrió hasta el punto en que los electrones fueron capaces de combinarse con protones para formar átomos de hidrógeno (aka. el período de recombinación). En ausencia de electrones libres, los fotones fueron capaces de moverse sin obstáculos a través del universo y comenzó a aparecer como lo hace hoy (es decir, transparente y permeado por la luz). Durante los miles de millones de años intermedios, el universo continuó expandiéndose y enfriándose enormemente.,
debido a la expansión del espacio, las longitudes de onda de los fotones crecieron (se convirtieron en ‘Corridas al rojo’) a aproximadamente 1 milímetro y su temperatura efectiva disminuyó a justo por encima del cero absoluto – 2.7 Kelvin (-270 °C; -454 °F). Estos fotones llenan el universo hoy en día y aparecen como un resplandor de fondo que se puede detectar en el infrarrojo lejano y las longitudes de onda de radio.
historia del estudio:
la existencia del CMB fue teorizada por primera vez por el físico ucraniano-estadounidense George Gamow, junto con sus estudiantes, Ralph Alpher y Robert Herman, en 1948., Esta teoría se basó en sus estudios de las consecuencias de la nucleosíntesis de elementos ligeros (hidrógeno, helio y litio) durante el universo muy temprano. Esencialmente, se dieron cuenta de que para sintetizar los núcleos de estos elementos, el universo primitivo necesitaba ser extremadamente caliente.
Además teorizaron que la radiación sobrante de este período extremadamente caliente permearía el universo y sería detectable. Debido a la expansión del Universo, estimaron que esta radiación de fondo tendría una baja temperatura de 5 K (-268 °C; -450 °F) – solo cinco grados por encima del cero absoluto – que corresponde a las longitudes de onda de microondas. No fue hasta 1964 que se detectó la primera evidencia del CMB.,
Este fue el resultado de los astrónomos estadounidenses Arno Penzias y Robert Wilson usando el radiómetro Dicke, que habían tenido la intención de utilizar para la radioastronomía y los experimentos de comunicación por satélite. Sin embargo, al realizar su primera medición, notaron un exceso de temperatura de antena de 4.2 K que no podían explicar y solo podían explicarse por la presencia de radiación de fondo. Por su descubrimiento, Penzias y Wilson fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1978.,
inicialmente, la detección del CMB fue una fuente de controversia entre los defensores de diferentes teorías cosmológicas. Mientras que los defensores de la teoría del Big Bang afirmaron que esta era la «radiación reliquia» sobrante del Big Bang, los defensores de la teoría del estado estacionario argumentaron que era el resultado de la luz estelar dispersa de galaxias distantes. Sin embargo, en la década de 1970, había surgido un consenso científico que favorecía la interpretación del Big Bang.
durante la década de 1980, los instrumentos basados en tierra colocaron límites cada vez más estrictos a las diferencias de temperatura del CMB. Estos incluyeron la misión Soviética RELIKT – 1 a bordo del satélite Prognoz 9 (que fue lanzado en julio de 1983) y la misión Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA (los hallazgos de la OMS se publicaron en 1992). Por su trabajo, el equipo del COBE recibió el Premio Nobel de física en 2006.,
COBE también detectó el primer pico acústico del CMB, oscilaciones acústicas en el plasma que corresponden a variaciones de densidad a gran escala en el universo temprano creadas por inestabilidades gravitacionales. Muchos experimentos siguieron durante la siguiente década, que consistieron en experimentos terrestres y basados en globos cuyo propósito era proporcionar mediciones más precisas del primer pico acústico.
el segundo pico acústico fue detectado tentativamente por varios experimentos, pero no fue detectado definitivamente hasta que la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) fue desplegada en 2001., Entre 2001 y 2010, cuando se concluyó la misión, WMAP también detectó un tercer pico. Desde 2010, varias misiones han estado monitoreando el CMB para proporcionar mediciones mejoradas de la polarización y las variaciones de densidad a pequeña escala.
estos incluyen telescopios terrestres como QUEST en DASI (QUaD) y el Telescopio Del Polo Sur en la estación del Polo Sur Amudsen-Scott, y el Telescopio cosmológico de Atacama y el telescopio QUIET (Q/U Imaging ExperimenT) en Chile. Mientras tanto, la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea continúa midiendo el CMB desde el espacio.,
futuro del CMB:
de acuerdo con varias teorías cosmológicas, el universo puede en algún momento dejar de expandirse y comenzar a revertirse, culminando en un colapso seguido por otro Big Bang – aka. la teoría del Big Crunch. En otro escenario, conocido como el Big Rip, la expansión del Universo eventualmente llevará a que toda la materia y el espacio-tiempo en sí mismo sean destrozados.
si ninguno de estos escenarios es correcto, y el universo continuó expandiéndose a un ritmo acelerado, el CMB continuará desplazándose al rojo hasta el punto en que ya no sea detectable., En este punto, será superada por la primera luz estelar creada en el universo, y luego por los campos de radiación de fondo producidos por procesos que se supone que tendrán lugar en el futuro del Universo.
hemos escrito muchos artículos interesantes sobre el fondo cósmico de microondas aquí en Universe Today. Esto es lo que es la radiación de fondo cósmico de microondas?, Big Bang Theory: Evolution of our Universe, What Was Cosmic Inflation?, The Quest to Understand the Earliest Universe, Landmark Discovery: New Results Provide Direct Evidence for Cosmic Inflation, and How Fast is the Universe Expanding? El Hubble y Gaia se unen para llevar a cabo las mediciones más precisas hasta la fecha.
para obtener más información, consulte la página de la misión WMAP de la NASA y la página de la misión Planck de la ESA.
Astronomy Cast también tiene información sobre el tema. Escucha aquí: Episodio 5-El Big Bang y el fondo cósmico de microondas