El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas constituye un avance importante en la cosmología física moderna . En 1964, el físico estadounidense Arno Allan Penzias y el radioastrónomo Robert Woodrow Wilson descubrieron el fondo cósmico de microondas (CMB) , estimando su temperatura en 3,5 K, mientras experimentaban con la antena de bocina de Holmdel . [1] [2] Las nuevas mediciones fueron aceptadas como evidencia importante de un Universo temprano caliente ( teoría del big bang ) y como evidencia contra la teoría rival del estado estacionario [3] ya que el trabajo teórico alrededor de 1950 [4] mostró la necesidad de un CMB por coherencia con los modelos relativistas más simples del universo . En 1978, Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física por su medición conjunta. Andrew McKellar realizó una medición previa de la radiación cósmica de fondo (CMB) en 1941 a una temperatura efectiva de 2,3 K utilizando líneas de absorción estelar CN observadas por WS Adams. [5] Aunque McKellar no hace ninguna referencia al CMB, no fue hasta mucho más tarde [6] después de las mediciones de Penzias y Wilson que se entendió la importancia de esta medición.
A mediados del siglo XX, los cosmólogos habían desarrollado dos teorías diferentes para explicar la creación del universo. Algunos apoyaron la teoría del estado estacionario , que afirma que el universo siempre ha existido y seguirá sobreviviendo sin cambios perceptibles. Otros creían en la teoría del Big Bang , que afirma que el universo se creó en un evento similar a una explosión masiva hace miles de millones de años ( más tarde se determinó que fue aproximadamente 13,8 mil millones de años ).
En 1941, Andrew McKellar utilizó las observaciones espectroscópicas de WS Adams de las líneas de absorción de CN en el espectro de una estrella de tipo B para medir la temperatura de fondo de un cuerpo negro de 2,3 K. McKellar se refirió a su detección como una "temperatura 'rotacional' de moléculas interestelares". sin hacer referencia a una interpretación cosmológica, afirmando que la temperatura "tendrá su propio significado, quizás limitado". [5]
Más de dos décadas después, mientras trabajaban en las instalaciones de Bell Telephone Laboratories en la cima de Crawford Hill en Holmdel, Nueva Jersey , en 1964, Arno Penzias y Robert Wilson estaban experimentando con una antena de bocina supersensible de 6 metros (20 pies) construida originalmente para detectar ondas de radio rebotadas. Fuera de los satélites de globos Echo . [2] Para medir estas débiles ondas de radio, tuvieron que eliminar toda interferencia reconocible de su receptor. Eliminaron los efectos del radar y la radiodifusión , y suprimieron la interferencia del calor en el propio receptor enfriándolo con helio líquido a -269 °C, sólo 4 K por encima del cero absoluto .
Cuando Penzias y Wilson redujeron sus datos, encontraron un ruido bajo, constante y misterioso que persistía en su receptor. Este ruido residual fue 100 veces más intenso de lo que esperaban, se extendió uniformemente por el cielo y estuvo presente día y noche. Estaban seguros de que la radiación que detectaron en una longitud de onda de 7,35 centímetros no provenía de la Tierra , el Sol o nuestra galaxia . Después de revisar minuciosamente su equipo, retirar algunas palomas que anidaban en la antena y limpiar los excrementos acumulados , el ruido persistió. Ambos llegaron a la conclusión de que este ruido procedía de fuera de nuestra propia galaxia, aunque no conocían ninguna fuente de radio que pudiera explicarlo.
Al mismo tiempo, Robert H. Dicke , Jim Peebles y David Wilkinson , astrofísicos de la Universidad de Princeton a sólo 60 km (37 millas) de distancia, se preparaban para buscar radiación de microondas en esta región del espectro. Dicke y sus colegas razonaron que el Big Bang debió dispersar no sólo la materia que se condensaba en las galaxias, sino que también debió haber liberado una tremenda explosión de radiación. Con la instrumentación adecuada, esta radiación debería ser detectable, aunque sea en forma de microondas, debido a un corrimiento al rojo masivo .
Cuando su amigo Bernard F. Burke , profesor de física en el MIT , le contó a Penzias acerca de un artículo preimpreso que había visto de Jim Peebles sobre la posibilidad de encontrar radiación sobrante de una explosión que llenó el universo al comienzo de su existencia, Penzias y Wilson comenzó a darse cuenta de la importancia de lo que creían que era un nuevo descubrimiento. Las características de la radiación detectada por Penzias y Wilson se ajustan exactamente a la radiación predicha por Robert H. Dicke y sus colegas de la Universidad de Princeton. Penzias llamó a Dicke en Princeton, quien inmediatamente le envió una copia del artículo de Peebles aún inédito. Penzias leyó el periódico, volvió a llamar a Dicke y lo invitó a los laboratorios Bell para mirar la antena de bocina y escuchar el ruido de fondo. Dicke, Peebles, Wilkinson y PG Roll interpretaron esta radiación como una firma del Big Bang.
Para evitar posibles conflictos, decidieron publicar sus resultados de forma conjunta. Se enviaron dos notas al Astrophysical Journal Letters . En el primero, Dicke y sus asociados describieron la importancia de la radiación cósmica de fondo como fundamento de la teoría del Big Bang. [3] En una segunda nota, firmada conjuntamente por Penzias y Wilson titulada "Una medición del exceso de temperatura de la antena a 4080 megaciclos por segundo", informaron la existencia de un ruido de fondo residual de 3,5 K, que quedaba después de tener en cuenta un componente de absorción del cielo. de 2,3 K y un componente instrumental de 0,9 K, y le atribuyó una "posible explicación" como la dada por Dicke en su carta acompañante. [1]
En 1978, Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento conjunto. Compartieron el premio con Pyotr Kapitsa , quien lo ganó por un trabajo no relacionado. [7] En 2019, Jim Peebles también recibió el Premio Nobel de Física, “por sus descubrimientos teóricos en cosmología física”. [8]
