El Fondo Cósmico de Microondas (FCM) o Cosmic Microwave Background (CMB) es una radiación electromagnética de longitud de onda del orden de milímetros (microondas) que llena el Universo por completo, o sea, que procede de todos los puntos del cosmos. También se denomina radiación cósmica de microondas o radiación del fondo cósmico. Este fenómeno sólo encaja en el marco de la Teoría del Big Bang del ruso y después estadounidense George Gamow (1904 -1968) aportando una prueba directa de la validez de dicha teoría. Muchos cosmólogos consideran esta radiación como la prueba principal del modelo cosmológico del Big Bang del Universo. La explicación es la siguiente: "hace unos 380.000 años después del Big Bang la temperatura del plasma original formado por fotones, electrones y protones descendió hasta los 2.727 ºC debido a la expansión del universo. En este momento la temperatura era lo suficientemente baja para que los electrones y los protones se unieran formando átomos neutros de hidrógeno, helio y trazas de litio (Recombinación) por lo que la materia perdió su capacidad de dispersar y retener a los fotones. Estos fotones formaron un fondo cósmico de radiación cuya longitud de onda se alargó hasta las microondas debido a la expansión del universo proporcionando al espacio exterior una temperatura media de 2,73 K.
Fondo cósmico de microondas por el COBE
¿Cómo se ha detectado?
En 1965, en una localidad cercana a Holmdel, Nueva Jersey, los radio-astrónomos estadounidenses Arno Penzias (1933 - / ) y Robert Wilson (1936 - / ) de los laboratorios Bell descubrieron por casualidad el FCM pensando que se trataba de un ruido parásito mientras probaban una radio-antena con la que iban a hacer estudios de radioastronomía.
Sin embargo. Wilson y Penzias tenían un problema: Tenían en la recepción de la señal, un silbido constante y agobiante, que no les permitía realizar sus mediciones. Era un sonido continuo y difuso. Durante todo un año hicieron lo que estuvo en sus manos para librarse de aquel ruido… pero no había manera de hacerlo. Desmontaron cables, comprobaron todos los circuitos, armaron y desarmaron los componentes de la antena y recubrieron con cinta aislante todos los remaches y enchufes del sistema. Nada… el ruido continuaba y finalmente, concluyeron que era causado por excrementos de palomas que anidaban en grandes cantidades dentro de la antena… Por tanto, subieron al tejado con escobillas y material de limpieza, y pasaron varios días limpiando cuidadosamente toda la antena. Pero el ruido persistía. Concluyeron entonces que habían detectado, sin saberlo, la radiación de microondas del flash primordial.
Fueron Penzias y Wilson los descubridores de las primeras evidencias del Big Bang. Gracias a este descubrimiento ganaron el premio Nobel de física de 1978.
En 1990 la NASA lanzó al espacio el satélite COBE (Cosmic Background Explorer) que obtuvo el primer mapa del FCM y descubrió una serie de anisotropías (variaciones en la temperatura) del orden de una parte en cien mil a lo largo de todo el cielo.
El 30 de junio del 2001 la NASA volvió a lanzar un satélite para refinar los datos sobre el FCM llamado WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) hasta el punto Langraniano 2 ó L2 (posición donde la fuerza de la gravedad del sol hacia el sistema Tierra-Luna iguala a la fuerza centrípeta de dicho sistema) a 1,5 millones de kilómetros de la tierra en la eclíptica en dirección opuesta al sol. Este punto de observación proporciona a la sonda un ambiente excepcionalmente estable, ya que puede apuntar en cualquier dirección al espacio profundo, sin verse afectada por la presencia del astro rey. Además, desde el punto L2 observa el cielo entero cada seis meses. Para evitar las interferencias provenientes de nuestra propia galaxia, WMAP usa cinco bandas de frecuencia separadas, desde los 22 GHz a los 90 GHz.
El objetivo de la misión WMAP es comprobar las teorías sobre el origen y evolución del universo. Es la sucesora del COBE y entra dentro del programa de exploradores de clase media de la NASA.
WMAP fue nombrada así en honor a David Todd Wilkinson, miembro del equipo científico de la misión y pionero en el estudio de la radiación de fondo. Los objetivos científicos de la misión dictan que la temperatura del fondo cósmico de microondas debe ser medida con una altísima resolución y sensibilidad. Debido a esto, la prioridad en el diseño fue la de evitar errores sistémicos en la toma de datos.
La sonda WMAP usa radiómetros diferenciales de microondas que miden las diferencias de temperatura entre dos puntos cualquiera del cielo. WMAP se encuentra en órbita en torno al punto Lagrangiano L2, situado a unos 1.5 millones de kilómetros de la tierra.
La WMAP detectó anisotropías de 20 millonésimas de kelvin con respecto a la temperatura promedio de 2,73 K en zonas de hasta 0,23 grados de cielo. Para medir el FCM se sirvió de dos telescopios reflectores de microondas colocados uno contra el otro. Cada telescopio constaba de un telescopio primario de 1'6 x 1'4 metros y otro secundario de 1 metro que concentraban la radiación en 10 conos de alimentación, 4 de los cuales servían para muestrear la frecuencia de 90 GHz o longitud de onda de 3 milímetros y los otros para las frecuencias de 22, 30, 40 y 60 GHz. Al final de cada cono se dividía la radiación en dos polarizaciones ortogonales que eran amplificadas y cambiadas de fase hasta que se entrelazaba las dos señales procedentes de dos conos de alimentación y media sus diferencias de temperatura por unos detectores. La WMAP completaba un giro cada 2 minutos y tenía una precesión de 1 hora de manera que comparaba la temperatura de un punto con otros mil puntos del cielo eliminando los errores en la medida.
WMAP está obteniendo medidas de muchos parámetros cosmológicos con una precisión mucho mayor que la que teníamos hasta ahora. De acuerdo con los modelos actuales del universo, los datos del WMAP muestran que:
La edad del universo es de 13.700 ± 200 millones de años.
El universo está compuesto de un 4% de materia ordinaria, 23% de materia oscura y de un 73% de la misteriosa energía oscura.
Una de las iniciativas más interesantes de la Agencia Espacial Europea (ESA) en estos años es la Misión Planck. Se trata de una misión tremendamente compleja desde el punto de vista tecnológico y se espera que tenga resultados satisfactorios.
El satélite Planck fue lanzado el 14 de mayo de 2009 y cuyo objetivo fundamental será estudiar las primeras etapas de la evolución del Universo, el llamado "Big-Bang".
El "Big Bang", la gran explosión que creó el Universo, liberó una gran cantidad de energía que aún hoy en día flota en el espacio, hay luz desprendida que todavía no ha sido observada. Estas energías son los llamados fondos cósmicos de microondas, una radiación fósil proveniente de las primeras etapas del Universo. Ahora, la misión "Planck" de la Agencia Espacial Europea (ESA) pretende captar a través de un sofisticado satélite esas presencias de la madre de todos los comienzos.
El universo está impregnado con la radiación del "Fondo Cósmico de Microondas" (CMB) y Planck lo examinará a una sensibilidad, resolución angular y rangos de frecuencia nunca antes conseguidos. El CMB no se origina de un objeto en particular, sino que viene del universo entero. Es realmente la primera luz que existió libremente en el universo. Por esta razón puede ser detectado hoy en día proveniente de cualquier parte del cielo. Observando esta "primera luz", es como ver el universo como era 300.000 años después del Big Bang.
La misión será la continuación de un antiguo proyecto de la NASA, renovado ahora con una serie de datos y nuevos descubrimientos que pueden resultar reveladores para determinar el origen de la vida.
En palabras de uno de los participantes en el proyecto, Reno Mandolesi, este hecho "equivaldría a fotografiar, desde el presente, a una persona de 40 años cuando sólo tuviese dos horas de vida". El equipo de la ESA se encuentra en la fase de pruebas del instrumental diseñado para la misión "Planck". El objetivo consiste en captar imágenes hasta diez veces más nítidas que las actuales de la época en la que el Universo, con una edad actual de 13.700 millones de años, "sólo" contaba con 300.000 años. Así, a través del satélite "Planck" se podrán desvelar los mecanismos que provocaron que el Universo primitivo evolucionase hasta su apariencia actual.
Pero el trasfondo de la investigación va más allá del estudio del origen del Universo, ya que se dirige hacia el comportamiento de la materia. "Será un experimento con partículas de energía muy alta, y se entenderán mejor las interacciones nucleares de las partículas, lo que nos llevará a desarrollar una teoría sobre cómo funciona la materia", afirma Jan Tauber, jefe de la misión.
Este satélite de la Agencia Espacial Europea (ESA) es una máquina del tiempo. Al utilizarla los astrónomos podrán regresar hacia el comienzo del espacio y el tiempo tal y como lo conocemos. Su meta final es ayudar a los astrónomos a decidir qué teorías sobre el nacimiento y evolución del universo son las correctas.
La misión será la continuación de un antiguo proyecto de la NASA, renovado ahora con una serie de datos y nuevos descubrimientos que pueden resultar reveladores para determinar el origen de la vida.
La misión cuenta con un presupuesto superior a los 900 millones de euros. Son un total de diez años de estudio para diseñar un instrumental que se encuentra en fase de prueba. En 2009 se lanzó el satélite, y en 2010 se ofrecerá la información.
Algunas de las cuestiones claves de la misión de Planck son:
¿Continuará el universo expandiéndose para siempre, o colapsará en un "Big Crunch"?
¿Cual es la edad del universo?
¿Cual es la naturaleza de la llamada "materia oscura" (que suma más de 90% de la cantidad total de más en el universo pero que no ha podido ser detectada directamente)?
¿Cuál es la naturaleza de la energía oscura (una hipotética forma de energía que puede ser responsable de la expansión del universo de forma acelerada)?
Pero Planck no está solo en esta misión; tiene un compañero: Herschel. Ambos fueron lanzados en mayo de 2009 y los dos se encuentran estudiando los componentes más fríos del Universo. Planck estudia las grandes estructuras, mientras que Herschel realiza observaciones detalladas de regiones más pequeñas, como los cúmulos cercanos donde se forman las estrellas. Los resultados ya comienzan a aparecer.
