Hace unos 13.800 millones de años, nuestro universo se expandía a un ritmo increíble. Todo lo que observamos hoy, que antes estaba muy compacto, se expande en una masa turbulenta de luz y partículas. Se necesitaron 380.000 años para que esta sopa densa y caliente se volviera acuosa y se enfriara lo suficiente como para permitir el paso de la luz. Esta primera luz, que proviene de la formación de los primeros átomos, se llama fondo cósmico de microondas y aún hoy puede detectarse.

“Cuando lo miras, lo que ves es el estado inicial del universo”, dijo. Emmanuel Schanun científico del personal en Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC y altos miembros de Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC) en SLAC y Stanford.

Schaan es uno de los muchos investigadores que colaboran en el Observatorio Avanzado Simons actualmente en construcción en el desierto de Atacama en Chile. Está previsto que el Observatorio Simons comience a funcionar a finales de este año, pero gracias a una reciente subvención de la Fundación Nacional de Ciencias, sus capacidades seguirán creciendo. La versión avanzada incluirá 30.000 detectores adicionales para la radiación cósmica de fondo de microondas, lo que nos brindará una mejor imagen del universo primitivo, su evolución y muchos de los fenómenos que contiene.

Además de los detectores, el observatorio mejorado tendrá mejores capacidades para compartir datos y un conjunto de energía solar que proporcionará el 70% de la energía a la instalación, lo que permitirá un funcionamiento continuo.

“Esto duplicará la velocidad de mapeo del receptor del telescopio de gran apertura y hará que nuestro observatorio sea altamente sensible”, dijo Susan Clarkprofesor asistente de física en Stanford en Facultad de Humanidades y Ciencias y uno de los dos científicos del proyecto para el Observatorio Avanzado Simons. “Tendremos mapas muy profundos y sensibles del fondo cósmico de microondas y de la emisión de polvo polarizado de nuestra galaxia, y también podremos ver cómo el cielo cambia de una noche a otra”.

Revelación detallada

A menudo, los estudios de grandes porciones del cielo tardan años en recopilar y compartir datos. Pero una vez completado, el Observatorio Avanzado Simons podrá generar y analizar mapas del cielo diarios, compartiendo alertas con la comunidad científica en general sobre fenómenos transitorios como destellos brillantes de eventos de perturbación de mareas, cuando una estrella se encuentra en una galaxia distante. Se acercó demasiado al agujero negro y se desgarró.

“Esta es una nueva forma de observar el universo: observar los cambios del cielo a lo largo del tiempo en el rango milimétrico del espectro electromagnético. Nunca antes habíamos podido hacer algo como esto”, dijo Clark, quien también es un miembro de alto rango de KIPAC.

Schaan está muy interesado en utilizar este nuevo observatorio para estudiar cómo se forman las galaxias. Debido a que el fondo cósmico de microondas ha estado atravesando el espacio durante casi 14 mil millones de años, esencialmente proporciona luz de fondo para objetos creados recientemente. Los objetos grandes, como las galaxias y los cúmulos de galaxias, proyectan sombras sobre el fondo cósmico de microondas y su atracción gravitacional puede doblar los fotones a su alrededor, exponiendo masas invisibles como el gas difuso o la materia oscura.

“Alrededor de la galaxia hay un anillo muy extenso de gas difuso que es muy difícil de observar y el Observatorio Simons nos permitirá descubrirlo”, afirmó Schaan. “Y al observar su extensión, podemos abordar algunas de las grandes incertidumbres sobre la formación de galaxias”.

Zeeshan Ahmed, miembro de alto rango de KIPAC y científico principal de SLAC, es un cosmólogo observacional que busca comprender cómo evolucionó el universo y por qué tiene el aspecto que tiene. Espera que los datos del Observatorio Avanzado Simons complementen los datos de otros observatorios para proporcionar una imagen más clara del universo y ayudar a resolver inconsistencias entre el pasado y el presente.

“Si nos fijamos en los datos del universo temprano y del universo tardío, son muy consistentes excepto por algunas cosas sorprendentes que no coinciden”, dijo Ahmed. “¿Es una coincidencia? ¿O hay algo acerca de la física fundamental que aún no hemos descubierto o comprendido?”

Hecho para sorprender

Equipos de todo el país han estado trabajando para diseñar y construir diversos aspectos de los telescopios, detectores y sistemas de datos que hacen posibles estas observaciones. Ahmed y sus colegas, por ejemplo, han diseñado un sistema que convertirá las señales eléctricas de los detectores del telescopio más grande del Observatorio Simons en datos que pueden compartirse y analizarse.

Para detectar fotones del fondo cósmico de microondas, los sensores del detector deben mantenerse a temperaturas extremadamente bajas: sólo una décima de grado por encima del cero absoluto (-459,49 grados Fahrenheit). Incluso pequeñas variaciones de temperatura pueden interferir con las lecturas, y el equipo estándar para transferir y procesar estas señales genera calor.

“Hicimos varios avances tecnológicos y encontramos una arquitectura para conectar sensores superconductores a componentes electrónicos a temperatura ambiente sin sobrecargar el sistema con calor”, dijo Ahmed. “El Observatorio Simons será el primer gran experimento de fondo cósmico de microondas que utilizará este esquema de lectura a gran escala para la observación científica”.

Los investigadores tienen una idea de lo que se encontrarán con el Observatorio Avanzado Simons. Más allá del fondo cósmico de microondas, buscarán y estudiarán los lugares de nacimiento de estrellas distantes, depósitos de polvo interestelar, la nube exo-Oort (una capa esférica de hielo y polvo en el borde del sistema solar) y una serie de otros fenómenos. Sin embargo, dadas las capacidades únicas de estos observatorios, también están abiertos a descubrir lo inesperado: encontrar piezas de rompecabezas en el universo que no sabíamos que habíamos pasado por alto.

“Cuando puedes ver el universo de una manera nueva, tienes la posibilidad de sorprenderte”, dijo Clark. “Desde que los humanos nos preguntamos sobre las cosas, intentamos comprender cómo llegamos aquí y cómo funciona el universo. Y realmente estamos a la vanguardia de nuestra capacidad para hacer precisamente eso”.