Detectan por primera vez una tenue distorsión en la radiación fósil del Big Bang

Gracias al observatorio espacial Herschel de la ESA y a un telescopio de la Antártida, un equipo de astrónomos ha detectado por primera vez una tenue distorsión en la radiación fósil del Big Bang que allana el camino para desvelar los primeros instantes de existencia del Universo.

Esta esquiva señal está relacionada con la distorsión que sufrió la primera luz del Universo en su viaje hacia la Tierra, debida a la influencia de los cúmulos de galaxias y de la materia oscura, una sustancia invisible que sólo se puede detectar de forma indirecta a través de sus perturbaciones gravitatorias.

Este descubrimiento prepara el camino para detectar las ondas gravitatorias generadas durante la fase de rápida ‘inflación’ del Universo, en lo que ya está trabajando la misión Planck de la ESA. 

La radiación fósil del Big Bang – la Radiación Cósmica de Microondas o CMB, por sus siglas en inglés – quedó grabada en el firmamento cuando el Universo tenía apenas 380.000 años. Hoy en día, 13.800 millones de años más tarde, se puede detectar como una señal electromagnética a una temperatura de apenas 2.7 grados por encima del cero absoluto, esparcida por todo el cielo.

Las pequeñas variaciones de la temperatura de esta señal – del orden de unas pocas décimas de millonésima de grado – desvelan fluctuaciones en la densidad del Universo primigenio, las semillas de las estrellas y de las galaxias que vemos hoy en día. La misión Planck de la ESA presentó el mapa más detallado hasta la fecha de estas variaciones de temperatura el pasado mes de marzo.

Sin embargo, la señal CMB contiene mucha más información. Una pequeña fracción de esta radiación está polarizada, como la luz que vemos con gafas polarizadas. Esta característica de la señal sigue dos patrones diferentes: los modos E y los modos B.

Los modos E se descubrieron en el año 2002 gracias a un telescopio en tierra. Los modos B, sin embargo, son mucho más difíciles de detectar, pero mucho más interesantes para los cosmólogos.

Estos modos se pueden generar de dos formas diferentes. La primera está relacionada con la distorsión de la luz cuando atraviesa el Universo, debida a la influencia de las galaxias y de la materia oscura – un efecto conocido como lentes gravitatorias.

Los orígenes de la segunda están ligados a una fase muy rápida de expansión del Universo, que se piensa que tuvo lugar apenas una fracción de segundo después del Big Bang, y que se conoce con el nombre de ‘inflación’.

Un nuevo estudio ha combinado los datos obtenidos por el Telescopio del Polo Sur y por el observatorio espacial Herschel para detectar por primera vez la polarización de modo B de la señal CMB debida a las lentes gravitatorias.

“Hemos logrado medir esta característica de la radiación gracias a una ingeniosa combinación de las observaciones realizadas desde tierra por el Telescopio del Polo Sur – que recogió la luz del Big Bang – y de las observaciones realizadas desde el espacio por Herschel, que es capaz de detectar las galaxias en las que la materia oscura provocó lentes gravitatorias”, explica Joaquín Vieira, del Instituto de Tecnología de California y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que dirigió las observaciones de Herschel utilizadas en este estudio.

Gracias a las observaciones de Herschel, los científicos determinaron la distribución de la materia responsable de las lentes gravitatorias a lo largo de la línea de visión, que luego compararon con la polarización de la señal CMB medida por el Telescopio del Polo Sur.

“Es un punto de control muy importante; el hecho de que seamos capaces de detectar la polarización de modo B debida a las lentes gravitatorias presagia que podríamos llegar a detectar un tipo todavía más esquivo de polarización de modo B, la generada durante la inflación del Big Bang”, comenta Duncan Hanson, de la Universidad McGill de Montreal, Canadá, y autor principal del artículo publicado esta semana enPhysical Review Letters.

Los científicos piensan que, durante la fase de inflación, las violentas colisiones entre cúmulos de materia y entre materia y radiación podrían haber generado un océano de ondas gravitatorias. Hoy en día, la huella de estas ondas podría perdurar en una componente de la polarización de modo B de la señal CMB.

Si se logra detectar, esta señal proporcionará información fundamental sobre la infancia del Universo, incluso antes de que se generase la señal CMB, y confirmaría la hipótesis de la inflación.

El año que viene se presentarán los últimos resultados de la misión Planck de la ESA, y el más esperado es si se han detectado estos modos B de polarización. Mientras tanto, Herschel ha ayudado a marcar el camino.

“Es fantástico ver cómo se han utilizado los datos de Herschel de esta forma tan ingeniosa para detectar por primera vez los modos B debidos a las lentes gravitatorias en la polarización de la señal CMB”, explica Göran Pilbratt, Científico del Proyecto Herschel para la ESA. “Este trabajo es un nuevo ejemplo del valioso legado de Herschel”.