El descubrimiento de la radiación de fondo

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Penzias y Wilson - Descubrimiento de l CMB

Arno Penzias y Robert Wilson obtuvieron el Premio Nobel de física de 1978 por la detención del fondo cósmico de microondas o CMB por sus siglas en inglés. Esta radiación  había sido predicha por Ralph Alpherin, Robert Herman y George Gamow en 1948, en el marco de su investigación sobre la nucleosíntesis del Big Bang. En 1965, Penzias y Wilson observaron, mientras trabajaban en un nuevo receptor de radio para los Bell Labs de Murray Hill, Nueva Jersey, una radiación que actuaba como fuente de ruido constante. Al mismo tiempo, investigadores de la cercana Universidad de Princeton, liderados por Robert Dicke e incluyendo a Dave Wilkinson del equipo científico de WMAP, estaban diseñando un experimento para encontrar el CMB. Cuando se enteraron del resultado de Bell Labs, inmediatamente se dieron cuenta de que se había encontrado el CMB. Los resultados fueron publicados un par de artículos, ambos en el mismo volumen de Astrophysical Journal (vol. 142, 1965). El artículo de Penzias y Wilson detallaba los experimentos y las observaciones, y el  de Dicke, Peebles, Roll y Wilkinson daba la interpretación cosmológica.

Hoy en día, la radiación CMB es muy fría, solo 2.725° sobre el cero absoluto, por lo que esta radiación brilla principalmente en la porción de microondas del espectro electromagnético y es invisible a simple vista. Sin embargo, llena el universo y puede ser detectado dondequiera que miremos. De hecho, si pudiéramos ver las microondas, el cielo entero brillaría con un brillo asombrosamente uniforme en todas direcciones. La imagen de la izquierda muestra una representación de color falso de la temperatura (brillo) del CMB en todo el cielo (proyectada en un óvalo, similar a un mapa de la Tierra). ¡La temperatura es uniforme a mejor que una parte en mil! Esta uniformidad es una razón convincente para interpretar la radiación como calor remanente del Big Bang; Sería muy difícil imaginar una fuente local de radiación que fuera tan uniforme.

Radiación de Microondas
Mapa de la radiación del fondo de microondas medida por WMAP. La diferencia máxima entre los puntos azules y rojos es de unos 400 μK.

Dado que la luz viaja a una velocidad finita, al observar objetos distantes realmente estamos mirando hacia el pasado. La mayoría de las estrellas visibles a simple vista se encuentran a una distancia de diez a cien años luz, de modo que lo que  realmente observamos es cómo eran hace 10 a 100 años. Los astrónomos que observan galaxias lejanas con el Telescopio Espacial Hubble pueden observar cómo fueron hace algunos miles de millones de años después del Big Bang.

La radiación CMB se emitió hace 13.7 mil millones de años, solo unos pocos cientos de miles de años después del Big Bang, mucho antes de que las estrellas o galaxias existieran. Por lo tanto, al estudiar las propiedades físicas detalladas de la radiación, podemos aprender sobre las condiciones en el universo en escalas muy grandes en tiempos muy tempranos, ya que la radiación que vemos hoy ha viajado a una distancia tan grande.