La teoría del Big Bang predecía la existencia de una radiación de fondo o “eco” de aquella gran explosión. El descubrimiento de esa radiación de fondo por Penzias y Wilson,  en 1964, dio una gran credibilidad a la teoría.

De acuerdo con el Big-Bang nuestro universo evolucionó desde un estado inicial altamente energético. La forma en la que la energía se distribuyó entre las diferentes longitudes de onda debería corresponderse con el espectro del llamado cuerpo negro, ya que inicialmente se emitirían todas las frecuencias. La forma de este espectro es bien conocida (Max Planck recibió el Premio Nobel de Física en 1918 por sus estudios sobre la radiación emitida por el cuerpo negro) desplazándose la longitud de onda a la cual el poder emisivo es máximo hacia longitudes de onda  más altas a medida que la temperatura disminuye.

De acuerdo con la teoría de Big Bang la radiación de fondo se fue enfriando a medida que el universo de expandía. Cuando la radiación fue emitida la materia original del Universo tenía una temperatura cercana a los 3.000 K. La radiación de fondo que hoy medimos debería de estar mucho más fría. A sólo 2, 7 K . Esto significa que la longitud de onda de la radiación se ha incrementado. Esta es la razón por la cual la radiación de fondo se encuentra actualmente en la región de microondas (la radiación visible tiene una longitud de onda mucho más corta).

La obtención del espectro de esta radiación de fondo permitiría comprobar (a al menos añadir una prueba más a la teoría del Big Bang) lo acertado de las hipótesis, pero la medición desde la Tierra no es sencilla, ya que gran parte de la radiación es absorbida por la atmósfera.

En 1964 la NASA inició el proyecto COBE (Cosmic Background Explorer) con el fin de estudiar la radiación de fondo. J. Mather coordinó a un equipo de cerca de 1.000 personas que integraban el proyecto y estaba también a cargo de uno de los instrumentos de a bordo, utilizado para investigar el espectro de la radiación de fondo. George Smoot estaba a cargo de otro instrumento cuya misión era buscar las pequeñas variaciones que la radiación de fondo pudiera presentar en diversas direcciones.

Los resultados obtenidos por el satélite COBE fueron espectaculares. No solamente el espectro obtenido concordaba perfectamente con el correspondiente a un cuerpo negro, sino que se correspondía con una radiación cuya temperatura fuera  de 2,726 K (ver figura)

Espectro de la radiación de fondo obtenido por COBE

Pero esto fue sólo una parte de los resultados del COBE. G. Smoot había sido designado responsable de un experimento con el que se pretendía detectar las pequeñas variaciones del fondo de microondas en diferentes direcciones. Minúsculas variaciones en la temperatura de las microondas en diferentes partes del universo podían suministrar nuevas pistas para saber cómo se formaron las estrellas y las galaxias; por qué la materia se concentró en determinadas regiones del universo en vez de expandirse de una manera uniforme. Las pequeñas variaciones de temperatura podrían mostrar donde la materia comenzó su agregación. Una vez que este proceso se haya iniciado la fuerza de gravedad haría el resto. Se iría agregando más materia conduciendo a la formación de galaxias. Si el proceso no se inicia, ni la Vía Láctea ni el Sol ni la Tierra existirían.

La teoría que trata de explica cómo se inicia la agregación de la materia está relacionada con fluctuaciones cuánticas en el Universo durante los primeros momentos de la expansión. Idénticas fluctuaciones cuánticas tienen lugar en la constante creación y aniquilación de partículas de materia y antimateria que suceden constantemente en el espacio. Sin embargo este es uno de esos aspectos de la física que no pueden ser entendidos sin recurrir a las matemáticas. Quedémonos, simplemente, con la idea de que las variaciones de temperatura  medidas en el Universo actual  pueden ser el resultado de tales fluctuaciones cuánticas y, de acuerdo con la teoría del Big Bang, gracias a ellas las estrellas, planetas y finalmente la vida, pudo desarrollarse. Sin ellas la materia  seguramente se presentaría de una forma completamente diferente, esparcida uniformemente por todo el Universo.

Cuando los experimentos del COBE fueron ideados se suponía que las variaciones de temperatura de la radiación de fondo  necesarias para explicar la aparición de las galaxias debería de ser de unas milésimas de grado. Esto era muy poco, pero aún no había llegado lo peor.  Mientras el COBE estaba en construcción, otros investigadores señalaron que la influencia de la llamada materia oscura (una gran proporción de la materia del universo no puede ser vista) hacía pensar que las variaciones de temperatura que podían esperarse serían del orden de cienmilésimas de grado. Detectar variaciones de temperatura tan extremadamente pequeñas era todo un desafío.

Satélite COBE

Cuando los resultados fueron finalmente publicados en 1992 se vió que podían ser correlacionados con los obtenidos desde la Tierra, aunque estos eran bastante más inciertos que los obtenidos por el COBE. Las direcciones del espacio en las cuales el COBE había registrado variaciones de temperatura resultaron ser exactamente las mismas que las que se había encontrado desde la Tierra usando globos aerostáticos.

Comparando la variación de temperatura medida desde diferentes ángulos, fue posible calcular la relación entre la densidad de de la materia visible, materia oscura y (combinando otras medidas) la energía oscura del Universo.

En este sentido las medidas de COBE han sentado las bases para los cálculos relativos a la forma del Universo. La  conclusión es que nuestro Universo es euclidiano, esto es, la geometría cotidiana que afirma que dos líneas paralelas nunca se juntan parece que sigue vigente a escala cosmológica.

Stephen Hawking  afirmó en una entrevista concedida a The Times que los resultados del COBE eran “el mayor descubrimiento del siglo, sino de todos los tiempos”

Mapa de las variaciones de temperatura medidas por COBE. El color rojo corresponde a las temperaturas altas y el azul a las bajas. Las variaciones son minúsculas, (10 ^{- 5} K)

Por esto el proyecto COBE puede ser considerado como el punto de partida de la cosmología como una ciencia precisa. Los primeros cálculos cosmológicos (como los relativos a la relación entre materia oscura y la materia ordinaria o materia visible) podrán ser comparados con datos procedentes de medidas reales. Esto hará de la cosmología una verdadera ciencia (y no una especie de especulación filosófica como era en sus inicios).