La radiación de fondo de microondas y la misteriosa Gran Mancha Fría

Es posible que hayas oído hablar alguna vez de la radiación de fondo de microondas. Incluso puede que hayas oído hablar de la Gran Mancha Fría. Su presencia es un misterio que no terminamos de lograr explicar. Aunque hay muchas posibles explicaciones para su formación, ninguna es satisfactoria. Pero, ¿de qué se trata?

La radiación de fondo de microondas

Esta es la radiación de fondo de microondas. La imagen muestra un rango de temperaturas de sólo ± 200 microKelvin.
Crédito: NASA/WMAP Science Team

Vayamos por partes. Primero hablemos de la radiación de fondo de microondas. Por cierto, tiene otros nombres bastante enrevesados: radiación de fondo cósmica, radiación cósmica de microondas y otras variantes… pero en todos los casos nos referimos siempre a lo mismo. La radiación de fondo de microondas (o CMB, por sus siglas en inglés, que provienen de cosmic microwave background) está por todo el universo.

Por todo el universo de manera literal. Es un tenue brillo que podemos observar en todas direcciones desde nuestro planeta. Tiene una intensidad casi uniforme en todas las direcciones. Allá donde mires, con un telescopio lo suficientemente potente, siempre te toparás con esta radiación. Es el calor residual del Big Bang, recorriendo el espacio durante 14.000 millones de años, hasta llegar a nuestros días.

Desde principios del siglo veinte hay dos conceptos que han transformado como vemos el universo. El primero es que el cosmos es inmensamente grande. La porción del universo que vemos hoy día es una esfera que tiene un radio de unos 15.000 millones de años-luz, y que no es más que la punta del universo. El segundo es que la luz viaja a una velocidad fija. Así que cuanto más lejos miras, más atrás en el tiempo estás observando.

La luz más antigua del cosmos

Ilustración a escala logarítmica del universo observable con el Sistema Solar en el centro. La radiación de fondo de microondas y el plasma invisible del Big Bang están en el borde.
Crédito: Pablo Carlos Budassi

El CMB está más allá de la luz de las galaxias más distantes que nuestros telescopios pueden captar. Es la luz más antigua, y lejana, que podemos observar. Comenzó su viaje hace unos 14.000 millones de años, mucho antes de que la Tierra, el Sol, o incluso la Vía Láctea existiesen. Es una reliquia de la infancia del universo. En aquel momento no era el lugar oscuro y frío que podemos observar por las noches.

En su lugar, era una tormenta de radiación y partículas elementales. Todos los objetos que nos rodean (planetas, estrellas, galaxias…) se formaron a partir de esas partículas a medida que el cosmos se expandió y se enfrío. Así que esta radiación residual es clave en el estudio de la cosmología. Es el registro fósil de esas partículas. La radiación de fondo de microondas es un patrón con pequeñas variaciones de intensidad en su luz, en el que podemos descifrar la información vital del universo.

Cuando esta luz se emitió, hace miles de millones de años, era tan caliente y brillante como la superficie de una estrella. Sin embargo, la expansión del universo ha extendido el espacio enormemente desde entonces. La longitud de onda de esa luz se ha alargado hasta llegar a la parte de microondas del espectro  electromagnético, y el CMB se ha enfriado hasta alcanzar su temperatura actual, tan sólo 2,73 grados por encima del cero absoluto.

La Gran Mancha Fría, una anomalía de la radiación

Esta imagen de la radiación de fondo de microondas muestra el lugar de la Gran Mancha Fría.
Crédito: ESA y Durham University

Así que esa radiación está por todas partes, en cualquier dirección en la que miremos. Aunque es muy uniforme, hay pequeñas anomalías. De ellas, la más llamativa y la que más destaca es una región llamada Gran Mancha Fría. Su temperatura es sólo 0,00015 grados más fría que todo lo que le rodea, pero su presencia siempre ha sido un misterio. De hecho, a lo largo de los años ha habido diferentes teorías para explicarla.

Una de las más populares, seguramente, es la de que la Gran Mancha Fría está producida por un supervacío cósmico. Se trataría de una región, de miles de millones de años-luz de extensión, con una cantidad de galaxias relativamente baja. Los supervacíos son una de las características del universo si lo observamos en su escala más grande. Sin embargo, un estudio pone en duda que la Gran Mancha Fría sea el producto de un supervacío cósmico.

Y esto es un problema. Hasta cierto punto. Quiere decir que nuestro modelo cosmológico estándar no es capaz de explicar satisfactoriamente que exista esa mancha. Así que para explicar su presencia necesitamos recurrir a explicaciones más exóticas, y algunas pueden parecer incluso extravagantes. Una de ellas, y que también ha sido muy popular a lo largo de los años, es que la Gran Mancha Fría podría ser una cicatriz. La huella de una colisión entre universos…

Qué sabemos de la Gran Mancha Fría

Una representación del universo observable como un cubo, mostrando su estructura en la escala más grande.
Crédito: NASA, ESA, y E. Hallman (University of Colorado, Boulder)

La expansión acelerada del universo provoca que los vacíos provoquen que la luz que pasa a través de ellos sufra un pequeño desplazamiento a rojo. En el caso de la luz que procede de la radiación de fondo de microondas, ese desplazamiento podría provocar que observásemos esa mancha fría. Es decir, la teoría (que ahora parece improbable según este estudio) es que un supervacío cósmico justo delante de la región que conocemos como la Gran Mancha Fría es la que nos haría ver esa anomalía.

Hasta ahora, la mayor parte de las búsquedas de ese supuesto supervacío responsable de que veamos la Gran Mancha Fría han calculado las distancias a las galaxias utilizando su color. El inconveniente es que la expansión del universo aleja a las galaxias más distantes de nosotros. Eso provoca que su luz se vaya estirando (exactamente igual que la luz de la radiación de fondo de microondas). La luz de esas galaxias se desplaza hacia el rojo.

Así que cuanto más lejos está una galaxia, mayor es ese desplazamiento. Si medimos los colores de una galaxia, y medimos ese desplazamiento, podemos estimar la distancia a la que se encuentra de nosotros. Sin embargo, estas mediciones suelen tener un margen de error alto. Así que en este estudio, los investigadores han presentado el análisis del desplazamiento a rojo de 7.000 galaxias, recopiladas en grupos de 300 con la ayuda de un espectrógrafo instalado en el Telescopio Anglo-Australiano.

Si no hay un supervacío… ¿qué hay?

Esta imagen muestra la distribución de galaxias delante de la Gran Mancha Fría (parte inferior) y otra región. La distribución es similar, por lo que no parece haber supervacío alguno.
Crédito: Durham University

En estas observaciones, el equipo de investigadores no ha visto ninguna evidencia de un supervacío que pueda explicar la presencia de la Gran Mancha Fría. De hecho, lo que han observado es que la mancha no está poco poblada de galaxias, como se creía hasta ahora. En su lugar, está dividida en pequeños vacíos, rodeados de cúmulos de galaxias. Esa forma de estructura en forma de burbuja es la misma que podemos ver en el resto del universo cuando lo observamos en su escala más grande.

Así que a pesar de que su temperatura es inferior a la del resto de la radiación de fondo de microondas, la estructura de la Gran Mancha Fría es la misma que la que podemos ver en el resto del cosmos. Pero antes de lanzarnos a las posibilidades exóticas, cabe la posibilidad de que la Gran Mancha Fría sea un producto del mero azar. Sin embargo, según cuentan los investigadores, la posibilidad de que apareciese por sí solo es de un 2%.

Es decir, poco probable, pero no imposible. Así que no podemos descartar que sea una anomalía natural. Pero, ¿y si no lo es? ¿cuál es la explicación? ¿qué está detrás de la presencia de la mancha fría?. En este caso sólo nos quedarán las propuestas exóticas, y de ellas la más interesante es la que os comentaba anteriormente. Podría ser algo así como una cicatriz cósmica. La huella de una colisión con otro universo. Si fuese así, estaríamos ante la primera evidencia de la existencia del multiverso. O dicho de otra manera, podrían existir miles de millones de universos.

El enigmático multiverso

Esta ilustración muestra una membrana de la que los universos individuales aparecen y se expanden (es una de las hipótesis sobre el multiverso).
Crédito: Moonrunner Design

No tenemos evidencias de que existan otros universos. Aunque sí muchas hipótesis al respecto. Ya he hablado de este tema en este artículo: En busca del multiverso. Si no sabemos siquiera si existen otros universos, imaginar como podrían ser es aun más complicado. Pero sí podemos hacernos algunas preguntas. ¿La velocidad de la luz sería la misma en todos los universos? ¿por qué es 300.000 kilómetros por segundo? ¿Por qué no 100 kilómetros por hora? ¿O por qué no cien millones de kilómetros por milésima de segundo?

A partir de ahí, podemos complicar el razonamiento mucho. De hecho, si te gusta el tema, es muy recomendable que leas el artículo que he enlazado. Para no extenderme, diré que las explicaciones exóticas son eso, un exotismo. Es posible que la Gran Mancha Fría sea una cicatriz de una colisión entre universos, pero de momento cabe la posibilidad de que su existencia no sea más que una anomalía (por poco probable que parezca ese 2%) perfectamente explicable con nuestro modelo actual.

De momento, lo que sabemos es que la ausencia de un supervacío que explique su presencia nos empuja hacia los motivos más exóticos. Como siempre, la respuesta sólo llegará a través de análisis más detallados. Serán los estudios venideros los que nos ayudarán a descubrir de qué se trata. Quizá sólo sea una anomalía. O la señal de que el nuestro no es más que uno de incontables universos…

El estudio es R. Mackenzie, T. Shanks, et al., “Evidence against a supervoid causing the CMB Cold Spot”. Publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Phys.org

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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2 Responses

  1. Justo dice:

    Un par de preguntas que el ignorante lector se hace, cuando lee algo sobre la variopinta teoría de los multiversos. Si dos universos colisionan, ¿en qué medio tiene lugar esa colisión? Si el tiempo comenzó con el “Big Bang”, se deduce que cada universo dipone de su propio tiempo. ¿Se puede, en este contexto, hablar de tiempos diferentes, cada universo el suyo?

  1. 2 Mayo, 2017

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