El análisis mostró que el gas de la región no abrazaba su red de materia oscura de apoyo con tanta fuerza como predijeron muchos modelos. En cambio, sugiere que las explosiones de las supernovas y la acumulación de agujeros negros supermasivos obligaron al gas a alejarse de sus nodos de materia oscura, extendiéndolo de manera que era demasiado delgado y frío para que lo detectaran los telescopios convencionales. Cuando las partículas de luz, o fotones, del CMB dispersan los electrones en el gas entre las galaxias, se elevan a energías más altas. Además, si esas galaxias están en movimiento con respecto al universo en expansión, los fotones CMB obtienen un segundo cambio de energía, ya sea hacia arriba o hacia abajo, según el movimiento relativo del cúmulo.
En el transcurso de su viaje de casi 14 mil millones de años, la luz del CMB ha sido estirada, comprimida y deformada por toda la materia que se interpuso en su camino. Los cosmólogos están comenzando a mirar más allá de las fluctuaciones primarias en la luz CMB hacia las huellas secundarias dejadas por las interacciones con las galaxias y otras estructuras cósmicas. A partir de estas señales, están obteniendo una visión más nítida de la distribución tanto de la materia ordinaria, todo lo que está compuesto por partes atómicas, como de la misteriosa materia oscura. A su vez, esas ideas están ayudando a resolver algunos misterios cosmológicos de larga data y plantean algunos nuevos.
Detectar ese gas difuso en las sombras de CMB ha ayudado a los científicos a abordar aún más el llamado problema de los bariones faltantes. También ha proporcionado estimaciones de la fuerza y la temperatura de las explosiones que se dispersan, datos que los científicos están utilizando ahora para refinar sus modelos de evolución de galaxias y la estructura a gran escala del universo.
En conjunto, estos efectos permiten a los cosmólogos separar la materia ordinaria de la materia oscura. Luego, los científicos pueden superponer estos mapas con imágenes de estudios de galaxias para medir distancias cósmicas e incluso rastrear la formación de estrellas.
Durante los últimos dos años, Komatsu y sus colegas han estado investigando indicios de un nuevo personaje en el escenario del teatro de sombras. La señal aparece en la polarización, u orientación, de las ondas de luz CMB, que según el modelo estándar de cosmología deberían permanecer constantes en el viaje de las ondas a través del universo. Pero, como teorizaron hace tres décadas Sean Carroll y sus colegas, esa polarización podría ser rotada por un campo de materia oscura, energía oscura o alguna partícula totalmente nueva. Tal campo haría que los fotones de diferentes polarizaciones viajaran a diferentes velocidades y rotaran la polarización neta de la luz, una propiedad conocida como "birrefringencia" que comparten ciertos cristales, como los que habilitan las pantallas LCD. En 2020, el equipo de Komatsu informó haber encontrado una pequeña rotación en la polarización del CMB, alrededor de 0,35 grados. Un estudio de seguimiento publicado el año pasado fortaleció ese resultado anterior. Este par de efectos, conocidos respectivamente como los efectos térmico y cinemático Sunyaev-Zel'dovich (SZ), se teorizaron por primera vez a fines de la década de 1960 y se han detectado con mayor precisión en la última década. Juntos, los efectos SZ dejan una firma característica que se puede extraer de las imágenes CMB, lo que permite a los científicos mapear la ubicación y la temperatura de toda la materia ordinaria del universo. Finalmente, un tercer efecto conocido como lente gravitacional débil deforma la trayectoria de la luz CMB cuando viaja cerca de objetos masivos, distorsionando la CMB como si se viera a través de la base de una copa de vino. A diferencia de los efectos SZ, la lente es sensible a toda la materia, oscura o no. “Este paradigma realmente sobrevivió a la prueba de las mediciones de precisión, hasta hace poco”, dijo Eiichiro Komatsu, cosmólogo del Instituto Max Planck de Astrofísica que trabajó para establecer la teoría como miembro de la Sonda de Anisotropía de Microondas de Wilkinson, que cartografió el CMB entre 2001 y 2010. “Podemos estar en la encrucijada… de un nuevo modelo del universo”.
“Nos estamos dando cuenta de que el CMB no solo nos informa sobre las condiciones iniciales del universo. También nos habla de las propias galaxias”, dijo Emmanuel Schaan, también cosmólogo de SLAC. “Y eso resulta ser realmente poderoso”. Después de que los científicos descubrieran la radiación CMB en 1965, mapearon meticulosamente sus pequeñas variaciones de temperatura, lo que mostró el estado exacto del cosmos cuando era un mero plasma espumoso. Ahora están reutilizando los datos de CMB para catalogar las estructuras a gran escala que se desarrollaron durante miles de millones de años a medida que el universo maduraba. “Hace cinco o diez años, la gente pensaba que la cosmología estaba hecha”, dijo Komatsu. “Eso está cambiando ahora. Estamos entrando en una nueva era”. El CMB fue una pieza clave de evidencia que ayudó a establecer el modelo estándar de cosmología, el marco central que los investigadores usan para comprender el origen, la composición y la forma del universo. Pero los estudios de retroiluminación de CMB ahora amenazan con hacer agujeros en esa historia. Muchos de los jugadores en la sombra ahora están tomando el relevo.
En documentos complementarios en 2021, un equipo dirigido por Schaan y Stefania Amodeo, que ahora se encuentra en el Observatorio Astronómico de Estrasburgo en Francia, puso en práctica este enfoque. Examinaron los datos CMB tomados por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio de Cosmología de Atacama con base en tierra, luego apilaron encima de esos mapas un estudio óptico adicional de casi 500,000 galaxias. La técnica les permitió medir la alineación de la materia ordinaria y la materia oscura.
