¿Cómo sabemos que el fondo cósmico de microondas es luz del universo temprano?

Su espectro térmico casi perfecto, uniformidad, anisotropías y polarización corresponden a radiación liberada cuando el plasma primordial se volvió transparente.

Respuesta breve

Una radiación de microondas llega casi por igual desde todo el cielo. Tiene el espectro de cuerpo negro más preciso medido en la naturaleza, a 2.725 K. Sus diminutas variaciones angulares y su polarización siguen el patrón de oscilaciones de un plasma caliente compuesto por fotones, electrones y materia. Al expandirse el universo, esa luz se enfrió desde el visible e infrarrojo hasta microondas.

Qué se esperaba

En un universo inicialmente caliente, la materia estaba ionizada y los fotones chocaban continuamente con electrones. Al enfriarse hasta permitir átomos neutros, la dispersión cayó y la radiación pudo viajar libremente. La expansión estira después sus longitudes de onda. Antes del descubrimiento accidental en 1965 ya existían predicciones de un fondo térmico residual.

Un espectro difícil de imitar

COBE midió un cuerpo negro casi perfecto. Una suma común de estrellas, polvo o radios terrestres no produce ese espectro uniforme en todo el cielo. La temperatura muestra un dipolo debido al movimiento del Sistema Solar, tal como exige el efecto Doppler, y tras retirarlo quedan anisotropías de unas pocas partes en cien mil.

Las manchas contienen física

Los máximos y mínimos del espectro angular corresponden a ondas acústicas congeladas cuando la radiación se desacopló. Sus escalas y alturas dependen de geometría, materia ordinaria, materia oscura y expansión. Polarización y correlación con temperatura aportan observables adicionales.

Emisiones de nuestra galaxia contaminan el mapa. Se observan muchas frecuencias porque polvo, sincrotrón y fondo cósmico tienen espectros distintos. Equipos y misiones diferentes obtienen parámetros compatibles después de separar esos primeros planos.

Qué incertidumbre queda

La interpretación usa un modelo cosmológico y la separación galáctica nunca es perfecta. Existen tensiones entre algunos parámetros inferidos por métodos tempranos y tardíos. Eso motiva investigación, pero no convierte el fondo en radiación local: espectro, isotropía y estructura acústica establecen su origen cosmológico.

Fuentes y lecturas principales

• COBE/FIRAS, mediciones del espectro del fondo cósmico.
• Planck Collaboration. “Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters.” Astronomy & Astrophysics, 2020.
• Dodelson, Scott y Schmidt, Fabian. Modern Cosmology.