Ver el principio del universo

Planck es el nombre de uno de los sat¨¦lites m¨¢s avanzados jam¨¢s dise?ados. En julio de 2008 viajar¨¢ a 1,5 millones de kil¨®metros de la Tierra para recolectar informaci¨®n sobre el origen del universo. Cosm¨®logos de todo el mundo esperan impacientes la llegada de sus datos.

Si Hollywood quisiera hacer una pel¨ªcula sobre el Big Bang, ?qu¨¦ escenas usar¨ªa para el principio? No una gigantesca explosi¨®n de fuego: demasiado obvio y adem¨¢s extra?o -es el universo mismo el que nace con la explosi¨®n; ?d¨®nde estar¨ªa el observador de semejante espect¨¢culo, fuera del universo?-.

Planck medir¨¢ la temperatura del cielo con precisi¨®n de millon¨¦simas de grado. Significa volver al origen del universo.

Paso a paso se ha ido afinando la visi¨®n de c¨®mo y cu¨¢ndo empez¨® todo, pero aparecen nuevas preguntas.

Tal vez s¨ª ser¨ªa potente arrancar con la imagen silenciosa y solitaria de un sat¨¦lite flotando en el espacio, en total oscuridad, con la Tierra y el Sol muy lejos, a sus espaldas. Se puede decir, de forma po¨¦tica, que ese sat¨¦lite est¨¢ escuchando el eco de la gran explosi¨®n con la que empez¨® todo. O en palabras m¨¢s t¨¦cnicas: los detectores del sat¨¦lite est¨¢n recibiendo unas part¨ªculas de luz emitidas hace 13.700 millones de a?os, poco despu¨¦s del mism¨ªsimo Big Bang. ?No es como para Hollywood? Ese sat¨¦lite existe realmente. Se llama Planck, en honor del venerado f¨ªsico alem¨¢n Max Planck (1858-1947), y en estos meses se completa la integraci¨®n final de sus componentes en una sala limpia de la compa?¨ªa Alcatel Alenia Space en Cannes, Francia. Dentro de un a?o, en julio de 2008, la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzar¨¢ Planck. Ser¨¢ el sat¨¦lite m¨¢s avanzado de los dise?ados hasta ahora para estudiar el origen del universo. Cosm¨®logos de todo el mundo esperan con ansia sus datos.

Primera pregunta: ?por qu¨¦ hace falta un sat¨¦lite para estudiar el origen del cosmos? Respuesta: ?Por qu¨¦ hace falta recolectar f¨®siles para estudiar el origen del hombre? Como explica el jefe cient¨ªfico de Planck, Jan Tauber, el sat¨¦lite en este caso, y recurriendo de nuevo a la poes¨ªa, es como una especie de "m¨¢quina del tiempo". Si no para viajar, s¨ª para recolectar informaci¨®n sobre la infancia del universo.

Ya se sabe que en astronom¨ªa se retrocede en el tiempo. Al observar una galaxia que est¨¢ a 10.000 millones de a?os luz de distancia, se ve c¨®mo era en el pasado. Su luz se emiti¨® hace 10.000 millones de a?os, y ha invertido ese tiempo en hacer el viaje hasta nuestros telescopios. Es del todo imposible saber c¨®mo es esa galaxia ahora mismo, ella y nosotros estamos separados por un muro insalvable -mientras no se demuestre lo contrario- de 10.000 millones de a?os. Bien. Pues el objeto m¨¢s lejano observable con un telescopio no es una galaxia, sino la primera luz que llen¨® el universo despu¨¦s del Big Bang; 380.000 a?os despu¨¦s del Big Bang. En esa ¨¦poca a¨²n no hab¨ªa estrellas ni galaxias. El universo era mil veces m¨¢s peque?o que ahora y mucho m¨¢s caliente, y se acababan de formar los primeros ¨¢tomos. Algunos llaman "eco" de la gran explosi¨®n inicial a esa primera luz que se extendi¨® entonces por el cosmos y que llega hoy hasta nosotros. Jan Tauber prefiere hablar de "onda de choque" del Big Bang. Se puede escoger met¨¢fora.

Parece un cuento de ni?os. ?Qui¨¦n se lo va a creer? Si para algo vale la ciencia es para que no haga falta creer. Los cosm¨®logos saben que el cuento es cierto porque han detectado esa luz primordial, y decimos detectado porque no es visible para el ojo humano. ?C¨®mo? Con telescopios. Si un telescopio puede captar la luz de una galaxia a 10.000 millones de a?os luz de distancia, ?por qu¨¦ no iba a ver una luz emitida desde todo el cosmos hace 13.700 millones de a?os? Y lo mismo que al contemplar la imagen de la galaxia la vemos como era en el pasado, al ver la primera luz vemos el cosmos en su infancia. Es como un f¨®sil del universo reci¨¦n nacido. Es, por definici¨®n, lo m¨¢s lejano en el espacio y en el tiempo que pueden ver los telescopios, y como no procede de un objeto concreto, sino de todo, invade el cielo por completo. Los telescopios capaces de detectarla apuntan a cualquier parte y siempre est¨¢ ah¨ª. Como un tel¨®n de fondo sobre el que cuelga todo lo dem¨¢s -galaxias, c¨²mulos de galaxias, agujeros negros-. No en vano se llama radiaci¨®n c¨®smica de fondo.

Pero la pregunta era por qu¨¦ hace falta un sat¨¦lite. F¨¢cil. La primera luz lo es en el sentido de que, igual que la luz visible, est¨¢ hecha de part¨ªculas llamadas fotones. Pero la radiaci¨®n c¨®smica de fondo no es luz visible, sino que llega a nuestro universo actual en forma de microondas; y sucede que la atm¨®sfera terrestre deja pasar s¨®lo una parte de las microondas que llegan del espacio. As¨ª que, qu¨¦ mejor que un telescopio en el espacio que vea microondas. Eso es Planck.

Hay un bonito s¨ªmil de Paolo de Bernardis y Andrew Lange, expertos en la radiaci¨®n c¨®smica de fondo: "Si observamos el cielo con un telescopio de microondas (...), tendremos la oportunidad de obtener una imagen directa del universo embrionario. El t¨¦rmino embrionario es apropiado porque establece una analog¨ªa entre la edad del universo y la edad de un humano adulto. Contemplar el universo a la edad de 380.000 a?os equivale a contemplar a un humano apenas unas horas despu¨¦s de la concepci¨®n. Y, lo mismo que el embri¨®n humano en esta fase, las im¨¢genes del universo que obtendremos no se parecer¨¢n en nada a la forma adulta. Sin embargo, igual que los bi¨®logos pueden hoy descodificar el ADN de una c¨¦lula embrionaria y entender en qu¨¦ se convertir¨¢, los cosm¨®logos pueden estudiar la informaci¨®n impresa en la radiaci¨®n de fondo y, comparando con la forma adulta del universo que vemos hoy, entender la geometr¨ªa del universo, su contenido y las leyes que gobiernan su crecimiento desde la etapa embrionaria hasta la adulta".

Demasiada teor¨ªa. Hollywood ha desconectado hace mucho. Volvamos a las escenas m¨¢s palpables. Planck. Su aspecto. Un cilindro de 4,2 metros de altura. Una vez en ¨®rbita, estar¨¢ a nada menos que a 1,5 millones de kil¨®metros de distancia de la Tierra -cuatro veces la distancia Tierra-Luna-, girando en torno a un punto virtual en el espacio al que no llegan las emisiones de la Tierra ni de la Luna, que perturbar¨ªan las medidas. All¨ª, Planck rotar¨¢ silenciosamente sobre s¨ª mismo, un giro cada minuto. Tambi¨¦n estar¨¢ muy fr¨ªo. El universo se ha expandido mucho desde que se emiti¨® la radiaci¨®n c¨®smica de fondo, y al hacerlo, se ha enfriado: de los 3.000 grados de entonces ha pasado a tener una temperatura de 270 grados bajo cero -en el espacio exterior; las estrellas y planetas, y nosotros, somos islas calientes en un universo g¨¦lido-. Ese fr¨ªo, sin embargo, no le basta a Planck. Algunos de sus detectores deben estar a menos de unas d¨¦cimas de grado por encima del cero absoluto de temperatura, 273 grados cent¨ªgrados bajo cero.

Zoom al interior del sat¨¦lite. Si pudi¨¦ramos ver la llegada de los fotones de la radiaci¨®n c¨®smica de fondo ser¨ªa algo as¨ª como una partida de flipper: los fotones son recolectados por el espejo de 1,5 metros de di¨¢metro de Planck y enviados a los detectores, que traducen su llegada en una se?al el¨¦ctrica que se almacena en el ordenador de a bordo. Ya est¨¢: atesorada la primera luz. Desde el Big Bang, directamente a los investigadores. Peri¨®dicamente, esos datos se env¨ªan a la Tierra, en concreto, a la antena de espacio profundo de la ESA en Nueva Norcia, en Australia; y de ah¨ª, a los equipos de los dos instrumentos de Planck, en el Instituto de Astrof¨ªsica Espacial en Orsay, Francia, y en el Instituto de F¨ªsica Espacial y F¨ªsica C¨®smica en Bolonia, Italia.

Entre los centenares de investigadores de una quincena de pa¨ªses que tendr¨¢n acceso a esos datos una vez procesados -porque han colaborado en su desarrollo- est¨¢n los de tres grupos espa?oles, liderados por Rafael Rebolo, del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias (IAC); Enrique Mart¨ªnez, del Instituto de F¨ªsica de Cantabria (IFCA), y Eduardo Battaner, de la Universidad de Granada. Usan palabras parecidas para describir c¨®mo se sienten, a menos de un a?o del lanzamiento: mucha expectativa, nerviosismo. Rebolo a?ade: "Alivio. Te quitas un peso de encima enorme cuando entregas tu parte y te dicen que s¨ª, que funciona bien. Ahora s¨®lo queda esperar". Es la recta final. La mayor¨ªa de los cient¨ªficos e ingenieros implicados en Planck llevan m¨¢s de una d¨¦cada con el proyecto.

Los grupos de Canarias y Cantabria han trabajado en el instrumento de baja frecuencia. La participaci¨®n de Granada es en el instrumento de altas frecuencias. Pero el papel de Espa?a en Planck no acaba ah¨ª. En el Centro Europeo de Astronom¨ªa Espacial (ESAC), de la ESA, en Villafranca del Castillo (Madrid), est¨¢ la Oficina de Ciencia de Planck. "Aqu¨ª se trabaja en la planificaci¨®n de la misi¨®n", explica Damien Texier, miembro de este equipo. "Planck est¨¢ rotando constantemente, y mientras lo hace, observa. En cada rotaci¨®n completa un anillo de observaci¨®n, y lo que debe hacer es cubrir todo el cielo de esa manera. Nosotros determinamos c¨®mo debe rotar el sat¨¦lite para que observe todo el cielo".

En esencia, lo que har¨¢ Planck es medir la temperatura del cielo, de todo el cielo, con una precisi¨®n de millon¨¦simas de grado -por eso deben estar tan fr¨ªos sus detectores, para no introducir ruido en la medida-. Durante algo m¨¢s de dos a?os, los detectores del sat¨¦lite barrer¨¢n el cielo completo dos veces. ?Por qu¨¦ la temperatura? Es una manera de leer la radiaci¨®n c¨®smica de fondo; las microondas pueden traducirse a temperatura. Lo que se busca en la radiaci¨®n son regiones donde esa temperatura es liger¨ªsimamente m¨¢s fr¨ªa o caliente. "En esas variaciones tan peque?as de temperatura es donde est¨¢ la informaci¨®n que buscamos", explica Tauber.

Flashback al origen del universo, y en concreto a la ¨¦poca anterior a la emisi¨®n de la primera luz. Por entonces, como efecto de la alt¨ªsima temperatura a la que estaba todo el cosmos, la materia y la energ¨ªa -sin¨®nimo aqu¨ª de luz o radiaci¨®n- estaban acopladas, interaccionaban la una con la otra, y, de hecho, por eso la luz no pod¨ªa viajar libremente. Cuando al bajar la temperatura -a 3.000 grados-, finalmente luz y materia se separaron y la luz se extendi¨® por el cosmos, en ella quedaron impresas las huellas de la materia. Se sabe que la materia es hoy irregular: en el universo se suceden grandes espacios vac¨ªos con inmensas acumulaciones de materia -c¨²mulos y superc¨²mulos de galaxias-. Las peque?as diferencias de temperatura hoy detectables en la radiaci¨®n de fondo son las marcas dejadas en la radiaci¨®n por las irregularidades de la materia, las semillas de los actuales c¨²mulos y superc¨²mulos de galaxias.

Lo interesante es que cada modelo del origen del universo hace una predicci¨®n distinta sobre c¨®mo deben ser las irregularidades en la radiaci¨®n de fondo. As¨ª que desde que empezaron a observarse estas inhomogeneidades -as¨ª las llaman los cient¨ªficos-, paso a paso se ha ido afinando la visi¨®n de c¨®mo y cu¨¢ndo empez¨® todo. Tambi¨¦n se sabe mucho m¨¢s acerca de qu¨¦ est¨¢ hecho el universo -la cosa no es nada obvia, aparentemente hay mucho m¨¢s que lo que vemos- y sobre c¨®mo evolucionar¨¢. Por supuesto, tambi¨¦n han aparecido nuevas preguntas. Es como un culebr¨®n de televisi¨®n, pero alargado a lo largo de m¨¢s de una d¨¦cada.

La serie se estren¨® con el descubrimiento casual de la radiaci¨®n c¨®smica de fondo, en 1964. La an¨¦cdota es famosa: inicialmente, Arno Penzias y Robert Wilson, sus descubridores -obtuvieron el Nobel en 1978 por ello-, atribuyeron a caca de palomas en su instrumento la se?al que recib¨ªan. El siguiente cap¨ªtulo es la detecci¨®n, tras muchos intentos fallidos, de las inhomogeneidades en la radiaci¨®n de fondo. Se consigui¨® con el sat¨¦lite COBE, de la NASA, en 1992 -sus investigadores principales, John Mather y George Smoot, ganaron el Nobel en 2006; Smoot participa tambi¨¦n en Planck-. Y los cosm¨®logos pudieron respirar tranquilos: significaba que el modelo general del Big Bang se ten¨ªa en pie. Pero todos sab¨ªan que si se mejoraba el detalle de las medidas, ese modelo se perfilar¨ªa m¨¢s. Eso pas¨® en la siguiente etapa, con experimentos desde tierra y sobre todo con el sat¨¦lite WMAP, tambi¨¦n de la NASA, en 2003.

As¨ª que, ?por d¨®nde van ahora los guionistas del culebr¨®n, tras varias d¨¦cadas de observar la radiaci¨®n de fondo? El resumen es que se sabe que el universo empez¨® hace unos 13.700 millones de a?os con algo parecido a una gran explosi¨®n; que en esos instantes iniciales, el cosmos se expandi¨® muy r¨¢pido, en un fen¨®meno llamado inflaci¨®n, y que, superada esa fase, ha seguido expandi¨¦ndose y enfri¨¢ndose mucho m¨¢s despacio. Tambi¨¦n se conocen los ingredientes del cosmos, su composici¨®n. Y resulta que la materia de la que estamos hechos nosotros y todo lo que vemos es una minor¨ªa, apenas un 5% del total. El resto es un 20% de materia oscura, que no se sabe a¨²n lo que es, y un 75% de energ¨ªa oscura, sobre la que se sabe todav¨ªa menos. Es m¨¢s, esa energ¨ªa oscura parece ser la responsable de que de nuevo la expansi¨®n del universo est¨¦ aceler¨¢ndose.

Es decir, hay certezas, pero tambi¨¦n enormes inc¨®gnitas. El momento id¨®neo para pasar al siguiente cap¨ªtulo de la serie: Planck. No es de extra?ar que, como dice Francesco Piacentini, cient¨ªfico en ESAC, en la comunidad cient¨ªfica se perciba "mucha emoci¨®n. Hay ganas de ver volar ya al sat¨¦lite en el que se lleva trabajando tanto tiempo". ?Qu¨¦ deber¨¢ aportar Planck a la historia? "Sobre todo, mucha m¨¢s sensibilidad y resoluci¨®n", responde Enrique Mart¨ªnez. "Ser¨¢ la herramienta m¨¢s potente hasta ahora para analizar la informaci¨®n en la radiaci¨®n de fondo", dice Jan Tauber. Con esos datos se medir¨¢n con mucha m¨¢s precisi¨®n los par¨¢metros cosmol¨®gicos, como el ritmo de expansi¨®n. Tambi¨¦n se aspira a demostrar que efectivamente existi¨® la inflaci¨®n superr¨¢pida muy al principio. Y, c¨®mo no, los cosm¨®logos quieren aclarar qu¨¦ es la misteriosa materia oscura.

Rebolo y Mart¨ªnez a?aden un objetivo: detectar la polarizaci¨®n de la radiaci¨®n c¨®smica de fondo. Planck no est¨¢ dise?ado para eso, as¨ª que viene a ser algo as¨ª como un bono extra. Y qu¨¦ bono. En la polarizaci¨®n podr¨ªan haber dejado su marca las ondas gravitatorias que gener¨® el propio Big Bang, cuya detecci¨®n es a su vez un sue?o de la f¨ªsica...

Planck a¨²n debe superar varios ensayos antes de viajar al puerto espacial europeo en la Guayana Francesa. Su lanzamiento ser¨¢ una fiesta doble, porque, junto con Planck, la ESA lanza tambi¨¦n el telescopio espacial Herschel -un telescopio infrarrojo para estudiar las primeras estrellas y galaxias-. Ser¨¢ tambi¨¦n un reto para la ingenier¨ªa espacial. Unas dos horas y media tras el lanzamiento, Planck y Herschel se separar¨¢n. Planck tardar¨¢ dos meses en llegar a su destino solitario. L¨¢stima que no se pueda ir all¨ª a hacer una pel¨ªcula del sat¨¦lite fr¨ªo que observa c¨®mo empez¨® todo.