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Astrofísica

Un ruido misterioso en el Cosmos

Experimento de la Nasa y del Inpe capta una fuerte señal de microondas de origen desconocido en el Universo

Universo1NASA/WMAP SCIENCE TEAMLa radiación cósmica de fondo, descubierta por casualidad en 1965 por los astrónomos Arno Penzias y Robert Wilson, cuando trabajaban en la unidad de Holmdel de Bell Labs, en Estados Unidos, es actualmente considerada la mejor evidencia de que hace 13.700 millones de años hubo el Big Bang, la explosión primordial que habría dado origen al Universo. La evolución de las investigaciones en cosmología prácticamente comprobó que esa débil señal de microondas, emitida alrededor de 400 mil años después del Big Bang, es una especie de eco perenne del colosal evento que originó toda la materia y la energía existentes -y le rindió al dúo de investigadores el Premio Nobel de Física en 1978. A comienzos de 2009, precisamente el Año Internacional de la Astronomía (lea el artículo), un equipo de científicos de la agencia espacial estadounidense, la Nasa, y del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por su sigla en portugués) de Brasil, con sede en la localidad paulista de São José dos Campos, registró también accidentalmente un nuevo y fuerte ruido cósmico. Sin embargo, el origen de la señal es un completo enigma para el grupo de científicos, que también incluye a colegas de las universidades de Maryland y de California de Santa Bárbara.

El misterioso ruido de fondo presenta una intensidad seis veces mayor que la que los investigadores esperaban medir en la fracción del cielo escrutada el 22 de julio del 2006 mediante un sofisticado instrumento ubicado a bordo de un globo aerostático de gran altura: el proyecto Arcade, sigla que en inglés significa radiómetro absoluto para cosmología, astrofísica y emisión difusa. La misión original del experimento era detectar los tenues restos de la radiación -léase calor- generada por las primeras estrellas que se formaron en el Universo, en la llamada edad de las tinieblas cósmicas, al menos 100 millones de años después del Big Bang. En lugar de ello, el vuelo del Arcade sobre la ciudad texana de Palestine registró una fuerte e inesperado señal proveniente de una época desconocida de la historia del Universo. Los investigadores dicen que ninguna fuente de radio hasta ahora identificada en el espacio sería capaz de generar un ruido de tal magnitud. Por ende, o los datos están equivocados o representan algo realmente nuevo, a lo mejor una estructura primordial o un proceso evolutivo del joven Universo aún ignorado por la ciencia. “Rehicimos todos los cálculos y tardamos más de dos años para difundir los resultados de manera tal de estar seguros de que la señal no era fruto de un error”, dice el astrofísico Thyrso Villela, del Inpe, uno de los dos brasileños que participaron en el estudio. Una de las primeras preocupaciones fue eliminar la influencia de las emisiones de radio surgidas de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, que podrían interferir en el ruido cósmico detectado. “Aunque pusiéramos todas las galaxias conocidas una al lado de la otra, no lograríamos producir una emisión de radiación de esa intensidad”, explica Carlos Alexandre Wuensche, también del Inpe, otro integrante del Arcade.

universo2NASA/ARCADE/ROEN KELLYLa divulgación del probable hallazgo se produjo a principios de enero, durante la reunión anual de la Sociedad Americana de Astronomía (AAS), en Long Beach, California. Aunque todavía no ha publicado oficialmente ningún artículo científico sobre el supuesto descubrimiento, pero si ha redactado hasta ahora cuatro papers elevados al The Astrophysical Journal, el equipo de Al Kogut, de la Nasa, el principal investigador al frente del proyecto, fue un de los destacados del encuentro científico.  “El Universo nos hizo una de las suyas”, afirma Kogut, aún sin comprender la naturaleza del ruido encontrado. Según los brasileños, los mejores registros de la intrigante señal fueron captados por los tres pares de antenas en forma de corneta desarrolladas para el Arcade por el Inpe, que operan en 3 y 7 gigahertz, en bajas frecuencias de microondas.

El mayor reto de los experimentos destinados a medir la radiación producida en el espacio profundo consiste en obtener un registro realmente limpio, libre de las interferencias que comúnmente contaminan a este tipo de trabajo. El proyecto de la Nasa, con la colaboración del Inpe, fue concebido para minimizar al extremo ese error sistemático, dicen los investigadores. A tal fin, los instrumentos del Arcade -siete radiómetros que operan en frecuencias de microondas, entre 3 y 90 gigahertz- tuvieron que ser enfriados con 1.800 litros de helio líquido a la misma temperatura de la radiación cósmica de fondo, alrededor de 2,725 grados Kelvin (más o menos -270°C), muy cerca del cero absoluto. De esta forma, el calor generado por el propio instrumento de observación  fue anulado, y se evitó así uno de los más comunes desvíos de medición. Durante las dos horas y media en que el Arcade efectúo las mediciones en el 7% del cielo visible, cruzando para arriba y para abajo el plano de la Vía Láctea (a una altura máxima de 37 kilómetros), sus antenas trabajaron sumergidas en ese gélido ambiente. “El Arcade fue proyectado para medir variaciones de temperaturas de 0,001 K”, comenta Villela. “Nunca un instrumento de radio tuvo esa sensibilidad.”

El anuncio del descubrimiento de un posible segundo tipo de radiación de fondo agitó a los astrofísicos especializados en este tema y a los estudiosos de los albores del Universo. ¿Qué podría originar una señal de radio de esa magnitud- El equipo del Arcade evitó hacer especulaciones sobre la fuente del ruido, pero considera que su génesis es extragaláctica, es decir, de fuera de la Vía Láctea. No se descarta la hipótesis de que el nuevo ruido cósmico sea oriundo de las primeras estrellas que surgieron en el Universo, las llamadas estrellas de población III, surgidas algunas centenas de millones de años después del Big Bang, aunque no existen evidencias significativas en tal sentido. Los investigadores creen que la señal no es originaria de un punto específico del espacio, sino que debe provenir de todas las direcciones del Universo, tal como sucede con la radiación cósmica de fondo. No obstante, esta hipótesis todavía no ha sido corroborada.  En este momento, los mayores esfuerzos de los investigadores parecen concentrarse en probar que sus datos son verdaderos y dotarlos de algún sentido. “Vamos a conversar con teóricos, para ver si algún fenómeno distinto puede haber sucedido en el Universo cuando se detectó la señal”, comenta Wuensche. Aún no tiene fecha un nuevo vuelo del Arcade para averiguar si la señal puede medirse nuevamente en la misma región en que se realizó el experimento de 2006 o en otra parte del cielo.

Universo3 NASA/ARCADEInterferencias
Sin cuestionar la veracidad de los resultados generados por el Arcade, algunos astrofísicos prefieren esperar el surgimiento de nuevas evidencias de que la desconocida señal de fondo captada es real efectivamente, y no producto de un error de medición o de interpretación. “Ellos parecen haber sido sumamente cuidadosos en su trabajo y los resultados presentados son fantásticos”, opina la astrofísica brasileña Angélica de Oliveira-Costa, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), estudiosa de la radiación cósmica de fondo. “Pero existe siempre la posibilidad de error y esa cuestión sigue estando abierta”. Oliveira-Costa estima que será necesario aguardar la confirmación de la existencia del nuevo ruido por parte de otros científicos, que también deberán ser capaces de detectarlo mediante el empleo de otras técnicas y modelos de emisión de radiación. Según Angélica, no existe un buen mapeo de la emisión de las galaxias en las bajas frecuencias de microondas en las que la señal se detectó, y ésta es una dificultad que puede inducir a equívocos. “Particularmente, creo que la señal existe”, comenta la astrofísica. “La cuestión es saber si es tan fuerte como fue detectada o hasta diez veces menor.”

Cuando registraron por primera vez hace más de 40 años la señal que terminó siendo la radiación cósmica de fondo, Penzias y Wilson no sabían si el débil ruido que habían medido era real. Llegaron incluso a creer que la estática era una distorsión causada por excrementos de pájaros que se acumularon en la antena de radio usada en el experimento o una interferencia provocada por alguna fuente terrestre. Ya había desde el final de la década de 1940 teorías que preveían la existencia de la radiación cósmica de fondo, y los trabajos del dúo en Bell Labs terminaron siendo su prueba material. En el caso de la nueva señal registrada, aún es prematuro como a aventurarse sobre cómo terminará la historia. “Estamos reviendo trabajos antiguos en busca de registros de ese ruido que puedan haber pasado desapercibidos”, dice Villela. “Hay mapas del cielo de los años 1980 que registraron sin gran sensibilidad emisiones en frecuencias aún más bajas, en megahertz, que pueden haber captado esa señal”. En la época, el ruido inesperado fue probablemente interpretado como producto de errores o desvíos de medición. El desafío es ahora descubrir cuál es el origen del nuevo ruido de fondo.

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