Por un instante, después de la Gran explosión, el universo fue infinitamente pequeño e inmensamente caliente. Se llenó de un gas conformado por partículas subatómicas: los quarks (que eran pesados) y los leptones (que eran livianos). A medida que se fue enfriando, los quarks se juntaron para formar protones y neutrones y estos se fundieron y formaron núcleos atómicos. Más tarde, los electrones se acercaron al núcleo, creándose así los átomos. Esto debió haber sucedido 300 mil años después de la Gran Explosión, cuando la temperatura ya había caído a 3.000 grados Kelvin. En esta etapa el universo era una bolsa de gas muy caliente en rápida expansión. De allí en adelante el gas se agrupó produciendo estrellas y galaxias y toda la parafernalia astronómica.

Esta hipótesis acerca del origen del universo se basó en observaciones hechas por astrónomos y deducciones de los físicos teóricos. Hedwing Hubble -en cuyo honor se bautizó el telescopio puesto en órbita- en 1920 afirmó que el universo se estaba expandiendo en todas direcciones y que mientras más lejanas estaban las galaxias, más rápidamente se estaban distanciando de nosotros. Si todo se estaba expandiendo, era lógico pensar que en el pasado toda la materia y energía del universo habían estado juntas y comprimidas en un solo punto.

Antes que Hubble hiciera su descubrimiento, el físico teórico Alexander Friedman, usando las ecuaciones de la relatividad de Einstein, ya había propuesto que el universo se estaba expandiendo. El descubrimiento de Hubble vino a constituir una confirmación dramática de esta suposición teórica (Creces, agosto 1991).

Otra observación realizada por accidente en 1964 pareció confirmar ya definitivamente la teoría de la Gran Explosión. Fueron los físicos Arno Penzias y Robert Wilson, de los laboratorios Bell de New Yersey los que, tratando de medir ondas de radio débiles que vinieran de nuestra galaxia, descubrieron una enorme cantidad de radiaciones que venían de todas partes del cielo. Lo curioso era que, en todas las direcciones en las que fueron medidas, tenían la misma intensidad y aparentemente provenían de un gas que debería tener una temperatura cercana a los 3 grados Kelvin. Tiempo después, ambos físicos recibieron el Premio Nobel por este descubrimiento.

La única explicación para estas particulares radiaciones que venían desde todas las direcciones era que debieran provenir de un gas que llenaba el universo y eso, a su vez, debía ser la consecuencia de una gran explosión ocurrida a principio de los tiempos. Se trataba de microondas que serían como las brasas que quedaban después de una gran explosión.

Esta explicación pareció perfectamente válida hasta que en agosto de 1990 un grupo de astrónomos que hasta entonces había sustentado la hipótesis de la Gran Explosión, plantearon en un artículo de la revista Nature varias objeciones y dudas de que esta teoría fuese realmente cierta. Lo que estos autores cuestionaban, entre otras cosas, era precisamente la homogeneidad tan grande y precisa de estas microondas. Según ellos, dentro de la homogeneidad debiera haber concentraciones y hoyos de este gas distribuidos en todo el universo. El universo está formado por cuerpos celestes ordenados al azar que se agrupan en galaxias, cúmulos y largos filamentos, que dejan entre medio espacios vacíos. Estas galaxias formadas a partir del gas primitivo debieron derivar en cúmulos o coágulos, como los de la leche cuando se forma el queso.

Los cosmólogos pensaban que si se estudiaban estas radiaciones que aparecían como homogéneas, deberían poder encontrar algunas variaciones de temperatura. Michel Turner llamaba a esas probables fluctuaciones él "Santo Grial de la Cosmología".


Tras lejanas huellas

Estas variaciones fueron materia de intenso estudio por los astrónomos desde la mitad de los 60. A partir de ese momento se fueron utilizando instrumentos cada vez más sensibles, pero finalmente, llegaron a la conclusión que desde la Tierra no se iba a poder medir variaciones de temperatura inferiores a 30 millonésimos de un Kelvin. En esas condiciones las señales que llegaban a la Tierra estaban contaminadas con radiaciones provenientes de nuestra propia galaxia, lo que enmascaraba cualquier fluctuación proveniente del espacio.


La respuesta para este desafío vino por la decisión de ir a medir estas variaciones desde un satélite estacionado en órbita de modo de eliminar, incluso, la interferencia provocada por los vapores de agua de la atmósfera terrestre. Con este fin NASA construyó el satélite llamado Cosmic Background Explorer (COBE), que pesaba cinco toneladas y debía ser puesto en órbita en enero de 1986. Pero en aquel momento sucedió la tragedia del Challenger, posponiéndose el lanzamiento.


Más tarde se le puso en órbita mediante un cohete lanzador Delta, pero para eso debieron fabricar un satélite de menor tamaño y con la mitad de su peso. La operación se llevó a cabo exitosamente el 10 de noviembre de 1989. El satélite llevaba básicamente tres tipos de instrumentos, dos de los cuales observaban el espacio a longitudes de onda en el infrarrojo lejano, estos instrumentos eran enfriados con helio líquido de modo de evitar que las señales débiles provenientes del espacio fueran distorsionadas por la radiación térmica de la misma nave espacial. Estos instrumentos funcionaron por nueve meses hasta el agotamiento del sistema de enfriamiento. Uno de estos logró medir una fluctuación de temperatura de tan sólo 2,735 grados Kelvin, lo que representa la más sensible determinación hasta ahora registrada.


El tercer detector (6 radiómetros de microondas) se diseñó para buscar las fluctuaciones de brillo en las radiaciones basales (esto es, encontrar el "Santo Grial"). Como no precisa de enfriamiento, todavía funciona, y ya ha mapeado dos veces el espacio. Las determinaciones se han hecho a tres longitudes de onda en el rango de las ondas cortas de radio 3,3, 5,7 y 9,5 milímetros. A estas longitudes de onda el satélite recogió radiaciones provenientes de la Vía Láctea que confundían las señales más lejanas. La Vía Láctea era más brillante en las longitudes de onda mayores, lo que permitió al equipo de expertos usar estas observaciones para restar las emisiones de la galaxia, del mapa de las otras dos longitudes de onda más cortas.


En diciembre último, los radiómetros diferenciales con ayuda de computador y proyectando una imagen sobre otra, habían completado el primer mapa del espacio consistente en una serie de manchas de diverso grado de brillantez. Este cuidadoso estudio permitió describir que las mayores fluctuaciones o rizos están a diferente escala aun cuando no pudieran asegurar exactamente donde están las manchas brillantes. En términos de temperatura, las manchas brillantes eran 30 millonésimos de Kelvin más calientes que la temperatura promedio, y sus fluctuaciones ocurren en toda las escalas.


Estos resultados han elevado el ánimo de los astrónomos. El hecho que las fluctuaciones tengan el mismo brillo no importando su tamaño está previsto por la teoría de la inflación. De acuerdo con esta idea propuesta en 1980 por Alan Guth del MIT, el universo súbitamente se expandió (por un factor de 1050 en el primer mil millonésimo de segundo después del Big Bang). Predicciones previas hechas por cosmólogos soviéticos y británicos suponían que a la escala más pequeña la materia aparecía y desaparecía al intercambiarse en energía, y ésta nuevamente en materia, con una distribución de densidad que la mecánica cuántica puede predecir. La inflación "agrandaría" las fluctuaciones y con rizos de densidad similares en todas las escalas. Eso fue exactamente lo que el COBE encontró.


Los hallazgos del COBE apoyan la teoría de que la mayoría de la masa del universo consiste en materia oscura, y que las estrellas y galaxias que vemos corresponden a un porcentaje muy pequeño del mismo. Existen fuertes evidencias de que por lo menos alguna materia oscura realmente existe. La Vía Láctea y virtualmente todas las galaxias, rotan tan rápido que ellas debieran literalmente despedazarse y volar en pedazos, a menos que exista un halo de gravedad invisible debido a la materia oscura que las mantenga cohesionadas. Pero la teoría inflacionaria requiere más que halos de materia oscura. Algún día ella podría llegar a demostrarse, esperan los cosmólogos. Después de estos resultados, dice Paul Steinhart, físico de la Universidad de Pennsylvania, "confiamos en nuestra teoría, pero siempre es agradable saber que la naturaleza está cooperando".