En segundo lugar, hubo un tiempo, dentro de los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, incluso antes de que las estrellas y las galaxias se hubieran formado. Apodado la «Edad oscura cósmica», esta vez, naturalmente, es un objetivo astronómico desafiante porque no había exactamente muchas fuentes brillantes para generar luz para que podamos ver.
Pero había hidrógeno neutro. La mayor parte del universo está hecho de hidrógeno, lo que lo convierte en el elemento más común en el cosmos. Hoy, casi todo ese hidrógeno está ionizado, existente en un estado de plasma superadinado. Pero antes de que aparecieran las primeras estrellas y galaxias, las reservas cósmicas de hidrógeno eran frías y neutrales.
El hidrógeno neutro está hecho de un solo protón y un solo electrón. Cada una de estas partículas tiene una propiedad cuántica conocida como Spin (que se asemeja a la propiedad familiar y macroscópica de Spin, pero no es exactamente la misma, aunque ese es un artículo diferente). En su estado de energía más baja, el protón y el electrón tendrán giros orientados en direcciones opuestas. Pero a veces, a través de la probabilidad cuántica aleatoria pura, el electrón se volteará espontáneamente. Muy rápidamente, el hidrógeno se da cuenta y hace que el electrón vuelva a donde pertenece. Este proceso libera una pequeña cantidad de energía en forma de fotón con una longitud de onda de 21 centímetros.
Esta transición cuántica es extremadamente rara, pero con suficiente hidrógeno neutro, puede construir una señal sustancial. De hecho, las observaciones de radiación de 21 cm se han utilizado ampliamente en astronomía, especialmente para construir mapas de depósitos de gas frío dentro de la Vía Láctea.
Entonces, la Edad oscura cósmica no es del todo oscura; Esas nubes de hidrógeno neutro primordial están emitiendo enormes cantidades de radiación de 21 cm. Pero esa radiación se emitió en el pasado lejano, hace más de 13 mil millones de años. Como ha viajado a través de las distancias cósmicas, todos esos miles de millones de años luz en su camino a nuestros ansiosos telescopios, ha experimentado los efectos de desplazamiento al rojo de nuestro universo en expansión.
