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13.6 billones de años más tarde, los astrónomos han encontrado pistas sobre nuestras primeras estrellas. Cuando las primeras estrellas iluminaron el universo, estaba frío y lleno de gas

Mar 1, 2018 3:30 PM ET
La representación de un artista de las primeras estrellas, que se cree que fueron grandes y azules.
Gráfico: NRFuller, National Science Foundation

La primera observación de las primeras estrellas en el Universo sugiere que se estaban formando alrededor de 180 millones de años después del Big Bang. La señal de radio utilizada para hacer esta observación, aunque indirecta, respalda algunos modelos teóricos sobre la evolución del Universo temprano.

Al principio, el Universo estaba compuesto principalmente por gas, principalmente hidrógeno, y un material pesado y misterioso conocido como materia oscura. Con el tiempo, las bolsas de gas de hidrógeno colapsaron para formar las primeras estrellas, y hubo luz. Pero nadie sabía cuándo se encendieron exactamente estas luces cósmicas, hasta que un equipo de astrónomos detectó una débil señal de radio que viajó 13.600 millones de años para llegar a la Tierra.

La señal de radio, descrita hoy en la revista Nature , nos dice que las primeras estrellas ya se estaban formando 180 millones de años después del Big Bang. Esto se debe a que la luz ultravioleta de estas estrellas irradiaba el gas de hidrógeno que las rodeaba, causando una profunda caída en el espectro de ondas de radio detectadas aquí en la Tierra. La señal les da a los científicos una mirada indirecta sobre el misterioso período de tiempo cuando el Universo todavía estaba en su infancia.

Una línea de tiempo del universo, actualizada con los resultados del estudio de hoy.
Una línea de tiempo del universo, actualizada con los resultados del estudio de hoy.
Crédito: NRFuller, National Science Foundation

La razón por la que los científicos no saben con certeza cuándo comenzaron a brillar las estrellas es porque el telescopio tradicionales no puede ver tan atrás en el tiempo. Y mientras los teóricos predijeron que el gas de hidrógeno iluminado por la luz UV podría producir una señal de radio distinta, nadie había sido capaz de detectarlo.

Eso es lo que hace que este nuevo estudio sea “innovador”, dice Lincoln Greenhill , un radioastrónomo del Smithsonian Astrophysical Observatory que escribió un editorial sobre el estudio, pero que no participó en la investigación. “Llena un vacío en lo que yo llamaría el registro cosmológico”. Aún así, advierte que debido a que este es un hallazgo potencialmente tan grande, será aún más importante replicarlo utilizando diferentes equipos y análisis. “Realmente tenemos que trabajar más duro para asegurarnos de que esté bien”, dice.

Dado que es difícil de ver en el pasado, un equipo de astrónomos recurrió a ondas de radio para escuchar el Universo temprano, utilizando una antena en el desierto australiano. La idea era que el gas de hidrógeno flotando a través del Universo temprano absorbió la luz ultravioleta de la primera generación de estrellas. Eso transformó el gas de hidrógeno, absorbiéndolo por la radiación de fondo que quedó del Big Bang, y la transformación causó una profunda caída en el espectro de las ondas de radio que alcanzaron la Tierra 13.600 millones años más tarde .

La señal de radio era pequeña, sin embargo, y nuestro planeta es ruidoso, toda nuestra galaxia lo es. Entonces, para separar la señal de todo ese ruido de fondo, un equipo de astrónomos entrenó su antena en el cielo durante cientos de horas para aprender qué señales venían de cerca, y qué señales venían de muy lejos.

EDGES: espectrómetro de radio terrestre, Observatorio de Radioastronomía Murchison de CSIRO en Australia Occidental
EDGES: espectrómetro de radio terrestre, Observatorio de Radioastronomía Murchison de CSIRO en Australia Occidental
Crédito: CSIRO Australia

Hace dos años, el equipo recogió la señal que esperaban encontrar. “Desde entonces hemos llevado a cabo todo tipo de pruebas para convencernos a nosotros mismos”, dice Raul Monsalve , un cosmólogo experimental de la Universidad de Colorado en Boulder y autor del estudio. La temporización de la señal de radio tiene sentido según los modelos teóricos. “Son las primeras estrellas que crean el disparador que nos permiten ver esta rara firma espectral que se informa”, coincide Greenhill.

Pero hubo algo inesperado en los resultados: el tamaño de la señal, aunque pequeña, era más robusta de lo esperado. Una posible explicación es que el gas de hidrógeno puede haber estado más frío que los modelos predichos. Ese hallazgo produjo un segundo artículo publicado hoy en Nature , en el que Rennan Barkana , un astrofísico de la Universidad de Tel Aviv, propone que el hidrógeno que interactúa con la materia oscura al comienzo del Universo podría explicar la temperatura inesperada. Eso significa que esta nueva señal de radio podría ayudar a los científicos a probar nuevas propiedades de la materia oscura en el Universo temprano, y les da a los científicos una nueva pista sobre dónde buscarla. “Así que esto pasa de ser un hallazgo realmente importante, si se verifica”, dice Greenhill, “hasta tal vez revolucionario”.

Pero primero, la medición debe ser confirmada. “Espero no pasar a la historia como el cascarrabias que llovió sobre esto”, dice Greenhill. Pero le gustaría ver a otro equipo de investigadores usar sus propios instrumentos para replicar el hallazgo. “Y si ambos ven lo mismo, entonces, ‘¡Voila!’”, Dice. Monsalve está de acuerdo. “Ahora, se siente emocionante, por supuesto, pero se siente como el comienzo de un proceso”, dice. “Estamos ansiosos por saber de otros experimentos”.

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