Radiación de fondo de microondas para niños
La radiación de fondo de microondas es una especie de "eco" o "resplandor" que llena todo el universo. Fue descubierta en 1965 y es una de las pruebas más importantes que apoyan la teoría del Big Bang, que explica cómo comenzó y evolucionó nuestro universo.
Imagina que el universo es como un gran horno que se ha ido enfriando. Esta radiación es el calor que queda de ese horno, que era muy caliente y denso al principio. Hoy, esta radiación es muy fría, con una temperatura de solo 2,725 grados Kelvin, ¡casi el cero absoluto! Se encuentra en el rango de las microondas, que son un tipo de ondas de radio.
Contenido
¿Qué es la Radiación de Fondo de Microondas?
La radiación de fondo de microondas es casi igual en todas las direcciones del espacio, lo que los científicos llaman "isótropa". Esto significa que, no importa hacia dónde mires en el cielo, la radiación es prácticamente la misma. Sin embargo, tiene unas variaciones muy, muy pequeñas, como si fueran "arrugas" o "manchas" diminutas.
Los científicos han estudiado esta radiación con mucha precisión. Por ejemplo, el espectrofotómetro FIRAS a bordo del satélite COBE de la NASA midió su espectro (cómo se distribuye la energía en diferentes frecuencias) y encontró que es casi perfecto, como la radiación que emitiría un "cuerpo negro" ideal. Esto es muy importante porque el modelo del Big Bang predice exactamente eso.
El Universo Primitivo y la Radiación
Según la teoría del Big Bang, el universo era al principio un lugar extremadamente caliente y denso, lleno de partículas muy pequeñas como electrones, fotones (partículas de luz) y otras partículas llamadas bariones (como los protones y neutrones que forman los átomos). En ese momento, la luz no podía viajar libremente porque chocaba constantemente con los electrones. Era como estar dentro de una niebla muy densa.
A medida que el universo se fue expandiendo, también se fue enfriando. Aproximadamente 380.000 años después del Big Bang, la temperatura bajó lo suficiente (unos 3.000 grados Kelvin) como para que los electrones pudieran unirse a los protones y formar los primeros átomos de hidrógeno. En ese momento, el universo se volvió "transparente" a la luz. Los fotones pudieron viajar libremente sin chocar, y esa luz es lo que hoy vemos como la radiación de fondo de microondas.
Desde entonces, el universo ha seguido expandiéndose y enfriándose, y esa luz también se ha enfriado, llegando a los 2,7 grados Kelvin que medimos hoy. Por eso, a veces se dice que la radiación de fondo de microondas es como el "ruido" o el "eco" del universo primitivo.
Historia de su Descubrimiento
La existencia de esta radiación fue predicha por varios científicos. En 1948, George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman calcularon que debería haber una radiación residual del Big Bang con una temperatura de unos 5 grados Kelvin.
Sin embargo, la radiación de fondo de microondas fue descubierta por casualidad en 1965 por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson en los Laboratorios Bell en Nueva Jersey. Ellos estaban usando una antena de bocina muy sensible para experimentos de radioastronomía y comunicaciones por satélite. Detectaron un "ruido" o "silbido" constante que venía de todas las direcciones y que no podían eliminar, sin importar hacia dónde apuntaran la antena. Al principio, pensaron que era un problema con su equipo, ¡incluso limpiaron el excremento de paloma de la antena!
Finalmente, se dieron cuenta de que este ruido era la radiación predicha por la teoría del Big Bang. Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física en 1978 por este importante descubrimiento.
Cronología de Hitos Clave
- 1940: Andrew McKellar observa una temperatura de 2,3 K en el espacio interestelar.
- 1948: Ralph Alpher y Robert Herman estiman la temperatura del universo en 5 K.
- 1964-65: Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson miden la temperatura en aproximadamente 3 K y se interpreta como una señal del Big Bang.
- 1990: El satélite FIRAS mide el espectro de la radiación de fondo con gran precisión.
- 1992: El satélite COBE detecta las primeras "arrugas" o variaciones de temperatura en la radiación.
- 2002: El experimento DASI descubre la polarización de la radiación de fondo.
- 2004: El CBI obtiene el espectro de polarización.
La Radiación de Fondo y el Big Bang
La radiación de fondo de microondas es la prueba más sólida de que el universo comenzó con un Big Bang. Nos permite "ver" el universo cuando era muy joven, solo unos 379.000 años después de su inicio, cuando se formaron los primeros átomos de hidrógeno.
Pequeñas Variaciones en la Temperatura
Aunque la radiación de fondo es casi uniforme, los científicos han detectado pequeñas diferencias de temperatura, llamadas "anisotropías". Estas variaciones son muy importantes porque nos dan pistas sobre cómo era el universo en sus primeros momentos y cómo se formaron las grandes estructuras que vemos hoy, como las galaxias y los cúmulos de galaxias.
Los satélites han sido clave para estudiar estas variaciones:
- El satélite COBE (Cosmic Background Explorer), lanzado por la NASA en 1989, fue el primero en detectar estas pequeñas irregularidades.
- En 2001, la NASA lanzó el WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), que creó un mapa mucho más detallado de estas variaciones. Los datos del WMAP nos han ayudado a entender que el universo está compuesto por un 4% de materia normal, un 22% de materia oscura y un 74% de energía oscura.
- En 2009, la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó el satélite Planck, que ha proporcionado las mediciones más precisas hasta la fecha de la radiación de fondo de microondas.
Estas variaciones nos ayudan a entender cómo las pequeñas diferencias de densidad en el universo primitivo crecieron con el tiempo para formar las estrellas y galaxias que vemos hoy.
Polarización de la Radiación
La luz de la radiación de fondo de microondas también está "polarizada", lo que significa que sus ondas vibran en una dirección preferente. Hay dos tipos de polarización, llamados modos 'E' y 'B'. Los modos 'E' son más fáciles de detectar y se producen de forma natural. Los modos 'B' son mucho más difíciles de medir y se cree que son una señal de las ondas gravitacionales que se generaron en los primeros instantes del universo, durante un periodo llamado inflación cósmica. Detectar estos modos 'B' sería una prueba muy importante para entender aún mejor el origen del universo.
Observando la Radiación de Fondo
Además de los satélites, muchos experimentos en la Tierra y con globos han estudiado la radiación de fondo de microondas. Estos experimentos han ayudado a confirmar que el universo es "plano" en su geometría, lo que significa que las líneas paralelas permanecen paralelas a lo largo de grandes distancias.
¿Sabías que puedes "ver" una pequeña parte de la radiación de fondo de microondas en casa? Si tienes un televisor analógico antiguo (de los que no son digitales) y sintonizas un canal donde no hay ninguna emisora, verás una "nieve" o "estática" en la pantalla. Aproximadamente el 1% de esa "nieve" es la radiación de fondo de microondas que tu antena está captando. ¡Es el eco del Big Bang en tu sala!
El Futuro de la Radiación de Fondo
A medida que el universo continúa expandiéndose, la radiación de fondo de microondas se estirará cada vez más y se volverá más fría. Llegará un momento en el futuro muy lejano en que esta radiación será tan débil y estirada que será imposible detectarla. Será como si el "eco" del Big Bang finalmente se desvaneciera por completo.
Véase también
En inglés: Cosmic microwave background Facts for Kids
