El Big Bang cumple 50 a?os

Hay veces que el descubrimiento cient¨ªfico llega por donde menos se espera. En el caso de Arno Penzias y Robert Wilson ni siquiera sab¨ªan lo que ten¨ªan en sus datos hasta que les hablaron de especulaciones que ven¨ªan haciendo los f¨ªsicos te¨®ricos sobre los primeros tiempos del universo. Result¨® que su hallazgo y aquellas hip¨®tesis coincid¨ªan tanto que la entonces incipiente teor¨ªa del Big Bang convenci¨® en el mundo cient¨ªfico, al tiempo que revolucion¨® la visi¨®n cosmol¨®gica de la humanidad. El universo, en el siglo XX, dej¨® de ser est¨¢tico (para casi todos) e inmutable, para adquirir una historia, una evoluci¨®n y un principio. Fue hace 50 a?os y los hechos de aquella primavera del descubrimiento de Penzias y Wilson de la radiaci¨®n de fondo de microondas, a veces llamada el eco del Big Bang, siguen siendo fascinantes. Un avance: la Instituci¨®n Smithsonian recordaba hace unos d¨ªas ¡°c¨®mo dos palomas ayudaron a los cient¨ªficos a confirmar la teor¨ªa del Big Bang¡±.

¡°Empezamos buscando un halo alrededor de la V¨ªa L¨¢ctea y encontramos otra cosa¡±, recuerda Wilson. ¡°Cuando un experimento va mal, normalmente, es lo mejor; lo que vimos fue mucho m¨¢s importante que lo que est¨¢bamos buscando: fue reamente el principio de la cosmolog¨ªa moderna¡±. En 1978, recibi¨®, con Penzias, el Nobel de F¨ªsica.

Entre los cient¨ªficos interesados en el cosmos la efervescencia ven¨ªa desde el descubrimiento de Edwin Hubble, en 1929, de que las galaxias en el universo est¨¢n alej¨¢ndose unas de otras y, cuanto m¨¢s lejanas, mayor es su velocidad de recesi¨®n. Entonces, si uno da marcha atr¨¢s a la secuencia haciendo que las galaxias se acerquen unas a otras, llegar¨ªa un momento en que todo el universo estar¨ªa concentrado en un punto de m¨¢xima densidad y temperatura a partir del cual, poniendo de nuevo la pel¨ªcula en modo avance, tendr¨ªamos el cosmos en expansi¨®n que los astr¨®nomos observaban. Curiosamente fue una ridiculizaci¨®n de la idea en s¨ª misma por parte de Fred Hoyle, que nunca estuvo de acuerdo con ella, la que dio con el nombre de Big Bang, la gran explosi¨®n inicial.

Varios f¨ªsicos te¨®ricos hab¨ªan estado explorando c¨®mo y cu¨¢ndo se habr¨ªan formado los elementos en ese cosmos superdenso inicial, y sus c¨¢lculos coincid¨ªan estupendamente con los datos observacionales. La idea del Big Bang como historia del universo iba ganando cuerpo.

Y lleg¨® la hora de Penzias y Wilson. En 1963, estos dos radioastr¨®nomos se dispon¨ªan a preparar una antena de comunicaciones de los laboratorios Bell para investigar el cielo. Ten¨ªan que calibrar los equipos para poder restar la radiaci¨®n terrestre y gal¨¢ctica, as¨ª como el ruido de la propia antena, de las observaciones cient¨ªficas que hicieran. Pero enseguida surgi¨® ¡°el problema¡±, recordaba Wilson la semana pasada en el aniversario del descubrimiento celebrado en el Centro Harvard Smithsonian de Astrof¨ªsica. El problema era un ruido de fondo imprevisto. No lograban identificar su origen, lo revisaron todo una y otra vez, e incluso llegaron a sospechar del ¡°material diel¨¦ctrico blanco¡± ¡ªcomo lo denomin¨® muy elegantemente Penzias¡ª depositado por dos palomas que rondaban por la antena. La limpiaron y la se?al segu¨ªa ah¨ª. Apuntaran a donde apuntaran al cielo, era lo mismo. Echaron la primavera y el verano de 1964 en estos trabajos sin llegar a poder explicar el origen de esa radiaci¨®n de microondas que parec¨ªa envolverlo todo y que ten¨ªa una temperatura equivalente a unos 3,5 grados por encima del cero absoluto.

Una conversaci¨®n con un colega les dio una pista: un grupo de f¨ªsicos te¨®ricos de la Universidad de Princeton trabajaban sobre la hip¨®tesis de que la radiaci¨®n de aquel universo primitivo supeconcentrado y supercaliente se habr¨ªa enfriado por la expansi¨®n del universo y ser¨ªa ahora equivalente a pocos grados por encima del cero absoluto.

El hallazgo, que confirm¨® la idea de la gran explosi¨®n, se public¨® en 1965

Penzias y Wilson publicaron el hist¨®rico art¨ªculo sobre su hallazgo de la radiaci¨®n a unos 3,5 grados en mayo de 1965, sin hacer ninguna interpretaci¨®n de la misma y citando una nota en la misma revista Astrophysical Journal de cuatro cient¨ªficos de Princeton (Robert H. Dicke, Jim Peebles,P.G.Roll y David Wilkinson) sobre la interpretaci¨®n cosmol¨®gica de radiaci¨®n de fondo de microondas. Lo cierto es que varios cient¨ªficos hab¨ªan avanzado tambi¨¦n en estas hip¨®tesis.

¡°Entonces supimos que no solo la vida es un fen¨®meno evolutivo y espont¨¢neo, el entero universo tambi¨¦n lo es. La hip¨®tesis contraria ya no era necesaria y, cuando digo supimos me refiero a quienes no niegan sistem¨¢ticamente toda evidencia¡±, resume ?lvaro de R¨²jula, f¨ªsico te¨®rico del laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN) y el Instituto de F¨ªsica Te¨®rica (UAM-CSIC).

¡°El descubrimiento de Penzias y Wilson supuso un antes y un despu¨¦s para la teor¨ªa del Big Bang. Desde entonces ?C¨®mo no tom¨¢rsela en serio? Su experimento inaugur¨® lo que llamamos la cosmolog¨ªa observacional¡±, comenta Enrique Fern¨¢ndez, catedr¨¢tico de la Universidad Aut¨®noma de Barcelona.

?Pero que era esa radiaci¨®n difusa de microondas en toda la b¨®veda celeste?

Durante los primeros tiempos tras la explosi¨®n inicial, el universo estaba demasiado caliente como para que los ¨¢tomos fueran estables. En ese entorno de n¨²cleos y electrones sueltos los fotones de luz no pod¨ªan circulaban libremente y el cosmos era como una sopa opaca. Pero cuando el universo ten¨ªa unos 380.000 a?os se hab¨ªa enfriado lo suficiente como para que se formaran ¨¢tomos neutros y los fotones empezaron a viajar libremente. El universo se hizo transparente. Aquellos fotones entonces eran de alt¨ªsima energ¨ªa, pero ahora, 13.820 millones de a?os despu¨¦s, se han enfriado en el universo en expansi¨®n hasta esa temperatura equivalente de pocos grados kelvin de la radiaci¨®n que Penzias y Wilson descubrieron.

Los dos cient¨ªficos detectaron la inesperada se?al al calibrar una antena

Surgi¨® entonces otro problema con el Big Bang: si aquella radiaci¨®n primitiva era tan uniforme ?c¨®mo explicar el origen de las galaxias y los grupos de ellas que se observan en el cielo? Los cient¨ªficos tardaron en resolver la paradoja: en 1992, el sat¨¦lite COBE descubri¨® que esa radiaci¨®n de fondo no era uniforme, sino que ten¨ªa variaciones min¨²sculas de temperatura, lo que abr¨ªa la puerta a una explicaci¨®n. Esas fluctuaciones ser¨ªan como semillas de las galaxias y grupos gal¨¢cticos. Otro sat¨¦lite despu¨¦s, el WMAP, logr¨® captar mayor detalle sobre el universo primitivo. Y m¨¢s resoluci¨®n a¨²n de las min¨²sculas variaciones de temperatura tiene el ¨²ltimo mapa, por ahora, de la radiaci¨®n de fondo, el que ha hecho el telescopio espacial europeo Planck.

¡°Medio siglo despu¨¦s del descubrimiento de la radiaci¨®n de fondo de microondas, nos encontramos en una ¨¦poca dorada de la cosmolog¨ªa de precisi¨®n¡±, se?ala Enrique Mart¨ªnez, investigador del Instituto de F¨ªsica de Cantabria. ¡°Su mayor exponente¡±, recalca, son los resultados de Planck, que ¡°han permitido determinar los par¨¢metros cosmol¨®gicos del modelo est¨¢ndar [del Big Bang] con una precisi¨®n mejor que el uno por ciento¡±.

¡°El descubrimiento del fondo de radiaci¨®n de microondas, predicho por la teor¨ªa del Big Bang, no solo convenci¨® a la comunidad cient¨ªfica de la validez del origen caliente del universo, sino que abri¨® las puertas a la b¨²squeda de las fluctuaciones que m¨¢s tarde crecer¨ªan para dar lugar a las galaxias y toda la estructura a gran escala del universo, que se descubri¨® 30 a?os m¨¢s tarde y que nos est¨¢ permitiendo hoy en d¨ªa conectar el universo primitivo (la teor¨ªa de la inflaci¨®n) con el universo actual en expansi¨®n acelerada¡±, resume Juan Garc¨ªa Bellido, catedr¨¢tico de la Universidad Aut¨®noma de Madrid.