Desde una montaña alta en el desierto de Atacama en Chile, los astrónomos del Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) de la Fundación Nacional de Ciencias de EEUU han examinado de nuevo la luz más antigua del universo. Sus nuevas observaciones, más un poco de geometría cósmica, sugieren que el universo tiene 13.77 mil millones de años, con una incerteza de tan solo 40 millones de años.

La nueva estimación coincide con la proporcionada por el modelo estándar del universo y las mediciones de la misma luz realizada por el satélite Planck. Esto agrega un nuevo giro a un debate en curso en la comunidad astrofísica, dice Simone Aiola, primer autor de uno de los dos nuevos artículos sobre los hallazgos publicados en arXiv.org. En 2019, un equipo de investigación que midió los movimientos de las galaxias calculó que el universo es cientos de millones de años más joven de lo que predijo el equipo de Planck. Esa discrepancia sugirió que podría ser necesario un nuevo modelo para el universo y despertó la preocupación de que uno de los conjuntos de mediciones podría ser incorrecto.

"Ahora hemos encontrado una respuesta en la que Planck y ACT están de acuerdo", dice Aiola, investigador del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. "Habla del hecho de que estas mediciones difíciles son confiables".

La edad del universo también revela qué tan rápido se está expandiendo el cosmos, un número cuantificado por la constante de Hubble. Las mediciones de ACT −al ser combinadas con las del experimento WMAP− sugieren una constante de Hubble de 67,6 kilómetros por segundo por megaparsec. Eso significa que un objeto a 1 megaparsec (alrededor de 3,26 millones de años luz) de la Tierra se está alejando de nosotros a 67,6 kilómetros por segundo debido a la expansión del universo. Este resultado coincide casi exactamente con la estimación previa de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec por el equipo del satélite Planck, pero es más lento que los 74 kilómetros por segundo por megaparsec inferidos de las mediciones de galaxias.

"No tenía una preferencia particular por ningún valor específico: iba a ser interesante de una forma u otra", dice Steve Choi de la Universidad de Cornell, primer autor del otro artículo publicado en arXiv.org. "Encontramos una tasa de expansión que coincide con la estimación del equipo del satélite Planck. Esto nos da más confianza en las mediciones de la luz más antigua del Universo".

El acuerdo cercano entre los resultados de ACT y Planck y el modelo cosmológico estándar es agridulce, opina Aiola. "Es bueno saber que nuestro modelo en este momento es robusto", dice, "pero habría sido agradable ver pistas de algo nuevo". Aún así, el desacuerdo con el estudio de 2019 sobre los movimientos de las galaxias mantiene la posibilidad de que pueda estar en juego una física desconocida, dice.

Al igual que el satélite Planck, ACT observa el resplandor del Big Bang. Esta luz, conocida como el fondo cósmico de microondas (CMB), marca un tiempo 380.000 años después del nacimiento del universo, cuando los protones y electrones se unieron para formar los primeros átomos. Antes de ese momento, el cosmos era opaco a la luz.

Si los científicos pueden estimar qué tan lejos viajó la luz del CMB para llegar a la Tierra, pueden calcular la edad del universo. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo. Juzgar distancias cósmicas desde la Tierra es difícil. En cambio, los científicos miden el ángulo en el cielo entre dos objetos distantes, con la Tierra y los dos objetos formando un triángulo cósmico. Si los científicos también conocen la separación física entre esos objetos, pueden usar la geometría de escuela secundaria para estimar la distancia de los objetos desde la Tierra.

Las variaciones sutiles en el brillo del CMB ofrecen puntos de anclaje para formar los otros dos vértices del triángulo. Esas variaciones en la temperatura y la polarización resultaron de fluctuaciones cuánticas en el universo temprano que se amplificaron por el universo en expansión para formar regiones de distinta densidad (las zonas más densas formarían cúmulos de galaxias). Los científicos tienen una comprensión lo suficientemente sólida de los primeros años del universo como para saber que estas variaciones en el CMB generalmente deberían espaciarse cada mil millones de años luz para la temperatura y la mitad para la polarización. (Para escala, nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene aproximadamente 200.000 años luz de diámetro).

Astrónomos del Instituto de Astrofísica y del Centro de Astro-Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile participan del trabajo de ACT desde su instalación en el norte del país el año 2007. Rolando Dünner, subdirector del centro, explica que la UC ha sido responsable del procesamiento de grandes cantidades de datos generados por el telescopio, así como del manejo de aspectos clave para su funcionamiento. "Ayudamos a caracterizar y optimizar las propiedades ópticas del telescopio, y aportamos con una serie de insumos que son necesarios para producir los resultados que hoy se publican. Un ejemplo es la selección, calibración y modelamiento estadístico de los datos ‘crudos‘ generados por el instrumento, los cuales son usados para crear mapas de grandes áreas del cielo", señala.

ACT midió las fluctuaciones de CMB con una resolución sin precedentes, observando más de cerca la polarización de la luz. "El satélite Planck midió la misma luz, pero al medir su polarización con mayor fidelidad, la nueva imagen de ACT revela más de los patrones más antiguos que hemos visto", dice Suzanne Staggs, investigadora principal de ACT y Profesora de Física Henry deWolf Smyth en la Universidad de Princeton.

A medida que ACT continúe observando, los astrónomos tendrán una visión aún más clara del CMB y una idea más exacta de hace cuánto comenzó el cosmos. El equipo de ACT también examinará estas observaciones en busca de física que no calce en el modelo cosmológico estándar. Física extraña como ésa podría resolver la discrepancia entre las predicciones de la edad del universo y su tasa de expansión a partir de las mediciones del CMB y de las velocidades de galaxias.

"Continuamos observando la mitad del cielo desde Chile con nuestro telescopio", dice Mark Devlin, director adjunto de ACT y Profesor de Astronomía y Astrofísica Reese W. Flower en la Universidad de Pennsylvania. "A medida que la precisión de ambas técnicas aumente, la presión para resolver el conflicto sólo crecerá".

El equipo de ACT es una colaboración internacional, con científicos de 41 instituciones en siete países. Desde sus orígenes el proyecto ACT ha fomentado el desarrollo de colaboraciones científicas con y entre instituciones chilenas, tales como la Pontificia Universidad Católica de Chile, la Universidad de Chile, y recientemente la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, siendo impulsores de esta ciencia a nivel nacional.