En 1960 los Laboratorios Bell construyeron una antena gigante en Holmdel, Nueva Jersey. Era parte de un sistema pionero para la transmisión vía satélite llamado Eco. Colectando y amplificando las señales débiles de radio que rebotarían en grandes globos metálicos colocados en la atmósfera alta, podría enviar señales a través de grandes distancias. Sin embargo, un par de años después se lanzó el satélite Telstar, haciendo obsoleto al sistema Eco.

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Mientras tanto, dos empleados de los Laboratorios Bell le habían "echado el ojo" a la antena. El alemán Arno Penzias (1933-) astrónomo especializado en ondas de radio que se unió a los Laboratorios Bell en 1958, y Robert Wilson (1936-). Penzias había hecho su posdoctorado usando máser (ampliación de microondas por emisión estimulada de radiación) para ampliar y medir señales de radio provenientes del espacio intergaláctico. Wilson también había usado máser para ampliar señales de radio débiles, de la Vía Láctea.

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Penzias supo que la antena de Holmdel podría ser usada como un gran telescopio de radio y ansiaba usarlo para continuar sus observaciones, pero debía esperar a que culminara su uso comercial. Wilson se había unido a los laboratorios en 1962 con la misma idea. El lanzamiento del Telstar en 1962 dio a ambos investigadores lo que deseaban: la liberación de la antena de Holmdel y su dedicación a la investigación pura.

Cuando comenzaron a usarlo como un telescopio para radio (hoy decimos radiotelescopio), detectaron que había un ruido de fondo (como la estática en un radio). Esta molestia era una señal uniforme en la gama de las microondas que parecía venir desde todas las direcciones. Llegaron a pensar que el ruido era generado por el telescopio mismo, lo que no sería raro. Aquel ruido no interfería con el sistema Eco pero sí lo hacía con las observaciones que Penzias y Wilson habían planeado.

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Verificaron todas las posibles fuentes de aquel exceso de radiación. Colocaron la antena en una dirección perpendicular a la ciudad de Nueva York. Y, ¡no!, no era la interferencia urbana. Tampoco era la radiación proveniente de nuestra galaxia o de fuentes de radio extraterrestres. No eran los pichones que vivían en la gran antena con forma de cuerno; Penzias y Wilson los habían espantado para que salieran y se fueran.

El ruido permaneció igual durante un año y no podía venir del sistema solar, ni de la prueba nuclear subterránea realizada en 1962, porque a un año habría mostrado una disminución.

Finalmente, los radioastrónomos decidieron medir las características de la radiación, encontrando que correspondía a la de un cuerpo negro cuya temperatura estaba alrededor de los 3 kelvin. Enseguida, empezaron a buscar explicaciones teóricas.

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Al mismo tiempo, Robert Dicke (1916-1997) perseguía teorías sobre la gran explosión. Había elaborado una, sugiriendo que si hubo Big Bang, el residuo de la explosión podría haber tomado la forma de una radiación de fondo de bajo nivel por todo el Universo. Dicke buscaba evidencia para esta teoría cuando Penzias y Wilson se comunicaron con su laboratorio. Dicke compartió sus ideas con los radioastrónomos y, al conocer sus observaciones, comentaría a sus colaboradores: hemos sido como excavadores.

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Curiosamente, Robert Wilson había sido formado en la teoría del estado estacionario y se sentía incómodo con la explicación de que el ruido de radio que detectaba surgiera de la gran explosión. Cuando, conjuntamente Penzias, Wilson y Dicke, publicaron sus trabajos, los investigadores de los Laboratorios Bell insistieron en que fueran "sólo los hechos", simplemente informar las observaciones registradas. Así que las contribuciones fueron escritas por separado, dos cartas publicadas juntas, una seguida de la otra. La de Dicke y sus colaboradores contenía la reflexión teórica: Si el Universo tuvo un origen singular, pudo haber sido extremadamente caliente en sus estadios tempranos.

¿Podría el Universo haberse llenado con una radiación de cuerpo negro a partir de este posible momento de alta energía?

De ser así, es importante notar que, conforme el Universo se expande el desplazamiento cosmológico al rojo podría servir para el enfriamiento adiabático (el significado de este término se explicará en el Módulo 5) de la radiación, preservando su carácter térmico.

La temperatura de la radiación podría variar inversamente con el parámetro de expansión, es decir, el radio del Universo.^[7]

La carta de los observadores, era de un poco más de una cuartilla en que exponían escuetamente los detalles técnicos de su trabajo e informaban su resultado: Calculamos que la temperatura remanente en la antena es de 3.5 ± 1.0 K (kelvin) medida con 4080 Mc/s (megaciclos por segundo).^[8] Hoy en día se ha precisado este dato y se ha llegado a una temperatura de un poco menos de 3 K.

Es bastante irónico que muchos investigadores, tanto teóricos como experimentales, se habían tropezado con este fenómeno antes, pero nunca quisieron considerarlo, en parte porque, como Steven Weinberg escribió: "en el decenio de 1950, se pensaba ampliamente que el estudio del Universo temprano no era del tipo de cosas a las que un científico respetable debía dedicar su tiempo". Todo cambió con el trabajo de Penzias, Wilson y Dicke.

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La medida de la radiación cósmica de fondo (el ruido del telescopio de Holmdel, se dice ahora), combinada con el hallazgo anterior de Edwin Hubble, la recesión galáctica, le dio un gran impulso a la teoría de la Gran Explosión.

Arno Penzias y Robert Wilson recibieron el Premio Nobel de física en 1978.