27.9 C
Santo Domingo
martes, febrero 20, 2024

Cómo era el sonido de los orígenes del universo y qué pistas revela sobre la misteriosa materia oscura

Una imagen de la radiación de fondo de microondas en el planetario de Shanghai, China Crédito: Getty Images

En los primeros cientos de miles de años después del nacimiento del Universo, un sonido primordial atravesó un plasma de partículas sobrecalentadas. Los científicos escuchan atentos con la esperanza de obtener nuevos datos sobre la misteriosa fuerza conocida como energía oscura.

Antes de las estrellas o los planetas, antes de los agujeros negros y las enanas blancas, incluso antes de los átomos o los rayos de luz, el Universo reverberaba con algo sorprendente: sonido.

Este zumbido primordial se movía a más de la mitad de la velocidad de la luz a través de un plasma sobrecalentado de bariones, fotones y materia oscura. (Los bariones son una familia de partículas subatómicas a la cual pertenecen los protones y neutrones).

El sonido surgió de un tira y afloja entre antiguas y poderosas fuerzas fundamentales que generaban ondas sonoras en esta sopa de partículas cargadas eléctricamente.

Y apenas unos cientos de miles de años después, el plasma desapareció como una niebla matutina. El Universo cayó de repente en un profundo silencio.

Sin embargo, aún es posible captar ecos de estas primeras ondas sonoras que se extendieron por nuestro Universo temprano, si se sabe dónde buscar. Las ondulaciones que crearon en el plasma han dejado una huella permanente en la distribución de la materia alrededor del Universo.

Esas ondas también están proporcionando a los astrónomos pistas sobre uno de los misterios más profundos de nuestro Universo: la misteriosa fuerza conocida como energía oscura.

Las ondas sonoras primordiales, también conocidas como oscilaciones acústicas bariónicas (BAO por sus siglas en inglés), se formaron cuando las partículas del Universo temprano comenzaron a juntarse por la gravedad.

“La atracción gravitacional de la materia oscura en el Universo temprano creó ‘pozos potenciales’ que arrastraban el plasma hacia adentro”, explicó Larissa Santos, profesora del Centro de Gravitación y Cosmología de la Universidad de Yangzhou, en China.

El plasma, sin embargo, estaba tan caliente que también creó una fuerza exterior opuesta. “Los fotones crearon una presión de radiación que luchó contra la gravedad y empujó todo hacia afuera. Esta lucha creó oscilaciones acústicas, ondas sonoras“.

Ilustración de la radiación de fondo de microondas

NASA GODDARD
Los acontecimientos en torno al Big Bang fueron tan cataclísmicos que dejaron una huella indeleble en la estructura del cosmos. La luz más antigua del Universo existe ahora como una débil radiación de microondas y por eso se denomina “radiación de fondo de microondas” o CMB, explica la NASA.

Un estruendo inaudible

Los BAO brotaron de innumerables pozos potenciales, formando esferas concéntricas y en expansión de energía sonora. Se entrecruzaron entre sí, esculpiendo el plasma en patrones de interferencia tridimensionales de una complejidad deslumbrante.

Si un ser humano hubiera existido en la época de las “oscilaciones acústicas bariónicas” (BAO), no habría oído nada. Los sonidos eran aproximadamente 47 octavas más bajos que la nota inferior de un piano con enormes longitudes de onda de unos 450,000 años luz.

Este estruendo increíblemente profundo e inaudible viajó a través de un medio que ni siquiera nuestros telescopios más potentes pueden penetrar.

Cuanto más profundizamos en el Universo, más nos remontamos a su historia debido al tiempo que tarda la luz en llegar hasta nosotros. Sin embargo, solo podemos ver hasta cierto punto, ya que las cargas eléctricas de los protones y electrones libres en estas primeras etapas del Universo dispersaban y difundían continuamente la luz.

Los BAO crearon patrones en este medio que se extendieron hacia afuera, y hoy podemos ver evidencia de esto en el Universo.

El Telescopio Espacial Planck pudo captar ecos de BAO del Universo temprano y los científicos lograron traducirlos a frecuencias audibles.

El zumbido se compone de un tono bajo con matices más altos. El silbido que se puede escuchar es de un artefacto usado en el procesamiento necesario para crear el archivo de sonido.

Luego, aproximadamente a la edad de 379.000 años, el Universo se enfrió lo suficiente como para que los protones y los electrones se emparejaran y formaran los primeros átomos de hidrógeno.

El plasma desapareció, dejando el Universo repentina y dramáticamente transparente a la luz. En el mismo momento, terminó la batalla entre la radiación y la gravitación, los BAO cesaron y el Universo quedó en silencio.

La explosión de energía luminosa que ahora se propaga por el Universo fue tan poderosa que todavía hace vibrar los radiotelescopios y fascina a los físicos más de 13 mil millones de años después. Los científicos intentan captar esa señal conocida como radiación cósmica de fondo de microondas, o CMB por sus siglas en inglés.

El registro visual más antiguo del Universo

Estrellas y galaxias

NASA GODDARD
Las ondas en el plasma primordial hicieron que la materia se juntara de maneras que aún pueden verse en la forma en que se agrupan las galaxias y las estrellas.
 

El CMB es el registro visual más antiguo y detallado del Universo temprano. También aquí los científicos pueden ver un “registro fósil” de los primeros sonidos del Universo.

“Los vemos impresos en la radiación de fondo de microondas y también en la estructura a gran escala del Universo”, dijo Santos, que forma parte de un nuevo proyecto internacional de radiotelescopía que analiza los ecos modernos de esa canción silenciada durante mucho tiempo.

“Sus indicios se encuentran en un pequeño exceso en el número de pares de galaxias separadas por una escala fija de 150 megaparsecs, alrededor de 500 millones de años luz”.

Las señales de BAO no sólo insinúan cómo sonaba el Universo primitivo, sino que también sirven como una regla para medir los efectos de otro fenómeno invisible: la energía oscura.

La energía oscura hace que el Universo se expanda. Sus efectos están en todas partes, pero se desconoce su naturaleza. El estudio de la escala de las señales de BAO a diferentes distancias de la Tierra revela cómo los efectos de la energía oscura han cambiado a lo largo de la historia del Universo.

“Lo llamamos regla estándar”, dice Santos. “Tenemos esta escala fija. Podemos saber, por cómo parece variar, cómo fue evolucionando el Universo a través del tiempo”.

La científica forma parte del proyecto del radiotelescopio “BINGO”, actualmente en construcción en el estado de Paraíba, en el noreste de Brasil. Bingo (acrónimo en inglés de “BAOs de observaciones integradas de gases neutros”), buscará señales de radiación distintivas del hidrógeno, el átomo más simple, más antiguo y más abundante del Universo.

Los átomos de hidrógeno liberan radiación con una longitud de onda de 21 centímetros, invisible al ojo humano, pero detectable mediante radiotelescopios.

Esta radiación de nubes de hidrógeno distantes es estirada por la energía oscura, aumentando su longitud de onda observada aquí en la Tierra.

Cuanto más ha viajado esa radiación, más extendida está.

“Tú eliges una frecuencia para tu radiotelescopio según la época del Universo que quieres medir”, señaló Santos.

BINGO está diseñado para mapear la distribución de hidrógeno entre mil y cuatro mil millones de años luz de distancia, relativamente reciente en la escala cósmica del espacio y el tiempo.

Related Articles

Ultimos Articulos