Uno de los grandes desafíos en cosmología es la posibilidad de observar las primeras etapas de la historia cósmica. Sin embargo, los primeros cientos de miles de años del universo están cubiertos por una neblina impenetrable. Recientemente, los astrónomos han comenzado a despejar parte de este velo cósmico utilizando datos del Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) en Chile.
Este telescopio ha logrado medir la luz emitida por el universo apenas 380,000 años después del Big Bang. La directora del consorcio que opera el ACT, Suzanne Staggs, comenta que estas mediciones abren una ventana a un tiempo en el que las primeras estructuras cósmicas comenzaban a formarse. «Estamos observando los primeros pasos hacia la creación de las estrellas y galaxias más antiguas», señala. «Y no solo estamos viendo luz y oscuridad, sino que también estamos capturando la polarización de la luz en alta resolución, lo que distingue al ACT de Planck y otros telescopios anteriores».
Imágenes del universo primitivo
Los datos más claros y detallados obtenidos por el ACT están ayudando a los científicos a entender cuándo y dónde comenzaron a formarse las primeras galaxias. Si se confirma la información proporcionada por el ACT, estas imágenes representarían la primera «fotografía» del universo, mostrando cómo eran las semillas de las galaxias solo unos pocos cientos de miles de años después del Big Bang.
El equipo del ACT se centró en variaciones sutiles en la densidad y velocidad de los gases en el universo joven. El director adjunto del telescopio, Mark Devlin, explica que para realizar esta nueva medición se requería una exposición de cinco años con un telescopio sensible a la luz de longitud de onda milimétrica. Este proceso exigió detectores altamente sensibles y un sólido soporte computacional.
El ACT midió la polarización de la luz del fondo cósmico de microondas (CMB), que es el tenue resplandor de microondas que llena el espacio. Esta luz es la más antigua del universo y representa una época en la que la luz pudo moverse libremente a través de un universo en expansión. Antes de esta época, el espacio estaba lleno de un «plasma primordial» que era demasiado caliente para que la luz se propagara.
En términos simples, todo y todos estaban en la oscuridad. El CMB es esa tenue luz que finalmente pudo viajar libremente, mostrando pequeñas fluctuaciones de temperatura que indican variaciones en la densidad del gas y cómo se movía a través del espacio. Estas variaciones pueden considerarse como las «semillas» de futuras estrellas y galaxias.
Una pequeña parte de la luz del CMB se polarizó al interactuar con las primeras «estructuras de densidad» en el universo primitivo. Este fenómeno provoca que las ondas de luz vibren en una dirección específica, lo que se puede entender mejor al comparar con el uso de gafas de sol polarizadas que bloquean ciertas ondas de luz que rebotan en superficies como el agua.
El ACT no es el primer telescopio en estudiar esta era remota de la historia cósmica. El satélite Planck, por ejemplo, también midió la luz tenue del CMB. Sin embargo, el ACT ha logrado una resolución cinco veces mayor y una sensibilidad superior, lo que permite que la débil señal de polarización sea claramente visible. Esto ha permitido a los científicos no solo ver dónde estaban los gases, sino también cómo se estaban moviendo, lo que les proporciona información valiosa sobre la gravedad en diferentes regiones del espacio.
Las imágenes polarizadas obtenidas por el ACT muestran variaciones sutiles en la densidad y velocidad de los gases que llenaban el joven universo. Lo que parecen ser nubes borrosas en la intensidad de la luz son en realidad regiones de diferente densidad en un vasto mar de hidrógeno y helio. Con el tiempo, la gravedad atrajo las áreas más densas para formar estrellas y galaxias. La apariencia detallada de estas estructuras en una época tan temprana de la historia cósmica ofrece respuestas a interrogantes complejos sobre el nacimiento del universo.
Los datos obtenidos del ACT también contienen información sobre otros objetos en el espacio, incluyendo la Vía Láctea, otras galaxias y cúmulos de galaxias. De alguna manera, estos datos trazan la evolución del universo desde su infancia hasta los tiempos modernos. Además, han permitido medir con mayor precisión que el universo observable se extiende casi 50 mil millones de años luz en todas las direcciones desde nosotros, conteniendo una masa equivalente a 1,900 «zetta-soles», es decir, casi 2 billones de soles. De esta masa, solo 100 corresponden a materia normal, mientras que 500 son materia oscura y 1,300 son energía del vacío, conocida como energía oscura.
Los nuevos datos del ACT también han ayudado a los científicos a refinar la edad del universo a un límite mucho más preciso de 13.8 mil millones de años. Estos hallazgos también permitirán a los investigadores comprender mejor la velocidad a la que está creciendo en la actualidad. Estas nuevas mediciones serán fundamentales a medida que se preparen para la transición al nuevo Observatorio Simons en Chile, que, al igual que el ACT, se centrará en estudios del CMB y observará grandes extensiones del cielo en múltiples frecuencias.
