científicos «miran» el principio del universo desde la Tierra

Durante años, observar el origen del universo desde la Tierra fue considerado un imposible. No porque faltara imaginación, sino por algo más mundano: la atmósfera. Las señales más antiguas del cosmos, que viajaron durante más de 13.000 millones de años, se diluyen cuando atraviesan el velo electromagnético que rodea nuestro planeta. Por eso, hasta ahora, eran los satélites quienes se llevaban el mérito de explorar el pasado más remoto.

Pero un grupo de físicos ha conseguido cambiar las reglas del juego. Desde lo alto de los Andes chilenos, un telescopio especialmente diseñado ha detectado, por primera vez desde suelo terrestre, la tenue polarización en la luz de fondo del universo causada por las primeras estrellas. El hallazgo, firmado por el equipo del proyecto CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor), representa un paso sin precedentes en nuestra capacidad para estudiar la infancia del cosmos y fue publicado en The Astrophysical Journal.

Un amanecer cósmico escondido en las microondas

Hace más de 13.000 millones de años, las primeras estrellas comenzaron a encenderse y a reconfigurar el universo. Ese periodo se conoce como el amanecer cósmico, y estudiar sus huellas es uno de los grandes desafíos de la cosmología. En ese momento, la luz que emitían estas estrellas interaccionaba con el fondo cósmico de microondas (CMB), una radiación fósil que quedó como eco del Big Bang.

Esa interacción dejó un efecto sutil pero medible: una polarización en ciertas regiones del CMB. Detectarla requiere una sensibilidad extrema, porque la señal es casi imperceptible y fácilmente contaminada por interferencias terrestres. Hasta ahora, solo telescopios espaciales como Planck o WMAP habían logrado identificarla con cierto éxito.

Lo extraordinario del avance del equipo CLASS es que, pese a estas limitaciones, han conseguido medir ese mismo patrón de polarización desde la superficie terrestre, comparando sus datos con los de los satélites. Como escriben en el estudio, “marcamos la primera tentativa terrestre para medir la profundidad óptica de la reionización mediante correlación cruzada con Planck”.

Un telescopio en el desierto que desafía las expectativas

El instrumento protagonista de este logro es el Cosmology Large Angular Scale Surveyor, conocido como CLASS. El telescopio CLASS se encuentra a más de 5.000 metros de altura en el desierto de Atacama, uno de los lugares más secos y despejados del planeta. Esa ubicación no es casual: cuanto menos vapor de agua haya en la atmósfera, más limpio es el canal para observar microondas. Aun así, lograr que la señal útil sobresalga entre el “ruido” terrestre sigue siendo una hazaña técnica considerable.

El instrumento opera en varias frecuencias, y para este estudio se ha centrado en la banda de 90 GHz, seleccionada por su equilibrio entre sensibilidad al CMB y rechazo de interferencias. Utiliza un modulador especial para distinguir la polarización deseada y cuenta con sistemas para filtrar artefactos generados por el propio movimiento del telescopio.

En palabras del estudio, “hemos conseguido una corrección imparcial del filtrado temporal para recuperar la polarización de mayor escala angular”. Este tipo de correcciones son esenciales, ya que el filtrado para eliminar interferencias también puede borrar la señal buscada. Su trabajo incluyó simulaciones y técnicas estadísticas avanzadas para asegurarse de que lo que veían era real, y no una ilusión instrumental.

¿Por qué importa medir la reionización?

Uno de los grandes objetivos del estudio era calcular el valor de τ (tau), un parámetro que describe cuándo y cómo el universo fue reionizado. Este proceso, que arrancó con las primeras estrellas, afectó la forma en que la luz del CMB se propagaba. Cuanto mejor conozcamos τ, más precisos serán nuestros modelos sobre el universo temprano.

Según los datos del equipo CLASS, obtenidos al correlacionar sus observaciones con las del satélite Planck, “la profundidad óptica de la reionización es τ = 0.053 ±0.019”. Esto no solo confirma mediciones anteriores, sino que demuestra que se pueden hacer desde la Tierra.

Esta cifra, aparentemente técnica, afina nuestras estimaciones sobre cuándo surgieron las primeras estrellas y galaxias, y ayuda a interpretar otros fenómenos, como la evolución de la materia oscura o la masa de los neutrinos. Cuanto más precisa sea la medida de τ, menos margen de ambigüedad habrá en todo lo que deriva de ella.

Un laboratorio cósmico a cielo abierto

El estudio no se limita a confirmar una medición. Sus autores destacan que el universo se comporta como un laboratorio natural para estudiar partículas y fenómenos que serían imposibles de recrear en la Tierra. Observar cómo evoluciona la polarización del CMB nos ofrece pistas sobre componentes elusivos como la materia oscura o los neutrinos.

“El universo es como un laboratorio de física”, escriben los autores, y añaden que “mejores mediciones del universo ayudan a afinar nuestro entendimiento de la materia oscura y los neutrinos”. Esa visión, que combina astronomía y física fundamental, es lo que convierte a estudios como este en piezas clave del conocimiento científico.

Además, al demostrar que las observaciones terrestres pueden alcanzar precisiones comparables a las espaciales, se abre la puerta a nuevas campañas más económicas y continuas. Telescopios como CLASS pueden ser actualizados, mantenidos y mejorados, algo imposible con los que orbitan el planeta.

Una hazaña técnica que solo es el comienzo

El trabajo presentado es fruto de años de desarrollo tecnológico, modelado matemático y validaciones rigurosas. El equipo ha verificado su sistema con más de 500 simulaciones, ha desarrollado matrices de transferencia para corregir sesgos y ha implementado un estimador cuadrático con corrección de filtrado, una técnica estadística sofisticada diseñada para mejorar la fiabilidad del resultado final.

Incluso así, reconocen que aún queda margen de mejora. El propio estudio señala que con una optimización del 20% en su estrategia de filtrado, podrían acercarse al límite impuesto por la varianza cósmica, es decir, al máximo teórico de precisión que puede obtenerse dadas las fluctuaciones naturales del universo.

Su objetivo final es ambicioso: conseguir una medida independiente de τ que no dependa de datos espaciales. Si lo logran, será un paso decisivo hacia una nueva era de cosmología de precisión desde la Tierra.