Cosmic Microwave Background

El fondo cósmico de microondas es la radiación térmica remanente de la época de la recombinación, 380.000 años después del Big Bang, cuando el universo se enfrió por debajo de aproximadamente 3.000 kelvin y los protones capturaron electrones para formar hidrógeno neutro por primera vez. En ese momento el universo se volvió transparente, y los fotones que habían estado fuertemente acoplados al plasma de bariones y fotones se propagaron libremente por el espacio. Hoy esos fotones llegan desde todas las direcciones como un espectro de cuerpo negro casi perfecto a 2,725 kelvin, con fluctuaciones de temperatura de apenas unos 30 microkelvins, es decir, una parte en 100.000. El espectro de potencia de estas fluctuaciones, representado como la varianza D_l en microkelvins al cuadrado frente al momento multipolar l (donde l equivale aproximadamente a 180 grados dividido por la escala angular), muestra una serie de picos acústicos provocados por ondas sonoras que se propagaron por el plasma caliente antes de que la recombinación las congelara en su lugar.

Las posiciones y amplitudes de los picos acústicos codifican parámetros cosmológicos precisos. El primer pico en l aproximadamente 220, correspondiente a una escala angular de unos 1 grado, confirma que el universo tiene geometría plana: si el espacio tuviera curvatura positiva, el pico se desplazaría hacia valores menores de l; si tuviera curvatura negativa, hacia valores mayores. La relación entre las amplitudes del primer y el segundo pico restringe la densidad bariónica al 4,9% de la densidad crítica, porque los bariones añaden inercia al plasma y suprimen los picos de orden impar en relación con los de orden par. La relación entre el segundo y el tercer pico fija la fracción de materia oscura en el 26,8%, dado que la materia oscura no participa en las oscilaciones acústicas y, en cambio, profundiza los pozos de potencial que las impulsan. Para valores de l superiores a aproximadamente 1000, el amortiguamiento de Silk (difusión de fotones que borra las fluctuaciones a pequeña escala) provoca una supresión exponencial. Estas mediciones, publicadas por la Colaboración Planck en 2018 (arXiv:1807.06209), restringen la constante de Hubble a 67,4 km/s/Mpc y la edad del universo a 13.800 millones de años.