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Protón John Peebles

Una breve historia del universo para explicar el Nobel de Física

Un investigador del CONICET y de la UBA explica por qué la imagen que ilustra esta nota cuenta la historia de todo lo que existe. 

Una breve historia del universo para explicar el Nobel de Física

Una breve historia del universo para explicar el Nobel de Física

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Por: Gaston Giribet*

El universo primordial

El universo tiene su brillo intrínseco, su luz inmanente, que no es la que ven nuestros ojos ante el firmamento poblado, sino una luz ubicua y tenue, casi imperceptible. Esa luz nos trae la imagen de lo que el universo fue en sus inicios. Podemos leer en ella la entera historia del cosmos. 

Si nos fuera dado el poder de apagar cada estrella, cada uno de esos soles, si pudiéramos acallar por un minuto cada uno de los sucesos violentos que iluminan el espacio, aun así, el universo brillaría. Lo haría tímidamente, con un color frío, pero brillaría. Ese brillo, esa luz, es testigo de una época en la que el universo era muy otro, muy distinto al que es hoy.

Vivimos en un universo que se expande y cambia, y que viene haciéndolo hace catorce mil millones de años. ¡14.000.000.000 años! Ni medio trillón de segundos; exiguo tiempo para que se haya dado todo esto: el universo y sus partes, sus galaxias con sus centenares de miles de millones de estrellas, tantos soles, y tantos mundos orbitando esos soles.

El universo primordial era muy diferente de lo que es hoy.

En ese casi medio trillón de segundos se originó la materia tal como hoy la conocemos; primero, los núcleos atómicos; luego, los átomos; más tarde, los astros y las grandes estructuras, y los elementos químicos, y la vida, y la razón. 

La radiación cósmica de fondo

Pero el cosmos no siempre ha sido el que es, no siempre contuvo todo lo que hoy contiene, no siempre ha sido enorme y casi vacío y frío y transparente. Cuando no había transcurrido aún un tercio de millón de años desde la gran explosión que le dio origen a todo, el universo era un caldo opaco que poco se parece al cosmos actual de las noches estrelladas.

Era un plasma caliente en el que los átomos no lograban formarse aún debido a la gran agitación térmica: los núcleos, que sí ya se habían formado, no lograban capturar a los electrones en sus órbitas sin que el zamarreo de ese tumultuoso universo temprano terminara por arrancárselos de cuajo.

No fue sino hasta que el universo tuvo 380.000 años de vida que la temperatura bajó lo suficiente como para que a los electrones les fuera posible quedar atrapados en torno a los núcleos y, así, formar finalmente átomos estables. Fue entonces cuando el universo se volvió transparente: al formarse los átomos, la luz dejó de interactuar con los electrones y quedó, así, liberada. Desde aquel momento, esa luz primitiva navega el cosmos libremente llevando la imagen de aquella etapa del universo.

Una síntesis de la evolución del universo desde sus orígenes.

El universo continuó su expansión y, junto a esto, su temperatura continuó disminuyendo. Esa luz primitiva, libre navegante de un universo ya no opaco, fue cambiando su color a medida que la expansión cósmica dilataba su longitud de onda; “se fue gastando”, dicen algunos. Hoy, esa luz se ha convertido en una tenue pero persistente radiación de microondas, una reliquia del universo temprano que llega a nuestro planeta proveniente de todas partes del cosmos, de todas las direcciones.

Leer la radiación

Como un códice en braille, esa luz, invisible al ojo humano, nos permite leer en su sutil rugosidad la entera historia del universo. Quedaron grabados en ese fondo de radiación las propiedades de un universo joven, un universo que era mucho más pequeño de lo que es hoy, y que tenía una densidad de energía tal que su gravedad forzaba al tiempo mismo a aletargar su marcha.

La lectura de esas rugosidades en la “radiación cósmica de fondos de microondas” es la herramienta principal en la cosmología moderna: hace posible la magia de observar lo que ya no es y nos ha permitido conocer la historia del universo con detalle minucioso.

La predicción teórica de la existencia de la radiación cósmica de fondo data de la década de 1940, cuando Ralph Alpher y Robert Herman, e independientemente George Gamow, hicieron cálculos estimativos de la temperatura del universo (cálculos no tan desacertados si se considera que estaban basados en los rudimentarios datos cosmológicos de la época).

Penzias y Wilson, con la antena en la que detectaron la radiación cósmica de fondo.

La detección experimental de la radiación también data de esa época y se le atribuye a Andrew McKellar, pero no fue sino hasta 1964 que el fenómeno fue advertido concienzudamente: Arno Penzias y Robertson Wilson, mientras se encontraban trabajando en otra cosa, advirtieron desconcertados la presencia de una radiación persistente que llegaba a su antena y que parecía venir de todas las direcciones del cielo.

Y aparece James Peebles

Fue justamente James Peebles -uno de los ganadores del Nobel de Física anunciado ayer- junto a tres colegas de la Universidad de Princeton, quien dio la interpretación correcta para la radiación que Penzias y Wilson estaban detectando. La radiación medida por ellos no era sino la reliquia cósmica de la que hablamos arriba, la luz proveniente de los orígenes del cosmos, una fotografía de la gran explosión

James Peebles junto a Michel Michel Mayor, y Didier Queloz, los tres ganadores del Nobel de Física.

Además de su investigación sobre la radiación cósmica de fondo, Peebles también realizó trabajos muy importantes en otros temas de la cosmología, tales como la nucleosíntesis primordial (o sea, la formación de los núcleos atómicos en los primeros momentos del universo), la materia oscura (responsable de aglutinar gravitacionalmente las galaxias impidiendo que se disgreguen), la energía oscura (que compele al universo a expandirse aceleradamente), y la formación de estructuras en el universo.

Fue también él uno de los que, a comienzos de los años 70, predijeron que la radiación cósmica de fondo debería tener las rugosidades que nos permiten leer información en ella. Junto a Harrison, Yu y Zel’dovich, Peebles estimó, con acierto, que tales rugosidades deberían ser sutiles, de una parte en cien mil.

* Doctor en Física, Profesor de Física Teórica de la Universidad de Buenos Aires FCEyN-UBA e Investigador Principal del CONICET, Argentina. 

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