Los astrónomos lo llaman el alba cósmica. Es la época en que nacieron las primeras estrellas y el Universo dejó atrás millones de años de oscuridad para llenarse de luz por primera vez.
Ninguna de aquellas estrellas sobrevive hoy en día. Eran astros enormes
que ardieron rápido y se extinguieron pronto en un festival de
supernovas. Pero un equipo liderado por la Universidad del Estado de
Arizona (EE.UU.) asegura haber detectado ahora su señal con un
radiotelescopio construido especialmente para buscarlas en el desierto
de Australia.
La señal no es la que esperaban, según los resultados que presentan esta semana en la revista científica Nature. Indica que el gas oscuro que llenaba el Universo estaba más frío de lo previsto.
Por lo tanto, que alguna cosa hasta ahora desconocida lo había estado
enfriando. Según los investigadores, tuvo que ser algún tipo de materia
oscura más fría que el gas.
Si próximas observaciones confirman estos resultados –el condicional en este caso es obligado-, sería la primera detección de la enigmática materia oscura que representa el 85% de la masa del Universo.
“Si es cierto, es un descubrimiento extraordinario”, asegura Jordi
Miralda-Escudé, investigador Icrea en el Institut de Ciències del Cosmos
de la Universitat de Barcelona, que no ha participado en la
investigación. Sería la puerta de entrada al estudio la materia oscura,
una puerta que físicos y astrónomos han estado buscando desde hace
décadas.
Si el hallazgo se confirma, cambiará la visión del cosmos y abrirá la puerta a una nueva física
La investigación se remonta a la edad oscura del Universo,
cuando una niebla de átomos de hidrógeno y helio llenaba el espacio sin
emitir luz. Los átomos se congregaron atraídos por la gravedad en
algunas regiones, donde alcanzaron una presión y una temperatura
suficientes para entrar en combustión. Así es cómo nacieron aquellas
primeras estrellas gigantescas.
A partir de ese momento, las estrellas inundaron el Universo de radiación ultravioleta,
que incidió en el hidrógeno del espacio interestelar. Los átomos de
hidrógeno empezaron a emitir entonces una radiación que les es
característica –la llamada línea de 21 centímetros, o línea de
hidrógeno–, que es la que han buscado los investigadores con el
radiotelescopio de Australia.
La señal que han detectado contiene dos informaciones
fundamentales. La primera indica la edad que tenía el Universo cuando
brillaron las primeras estrellas. Según los resultados presentados en Nature, se encendieron 180 millones de años después del big bang –cuando
el Universo tenía un 1,3% de su edad actual- y se apagaron 90 millones
de años más tarde formando las primeras supernovas y los primeros
agujeros negros.
Esta edad se deduce de la frecuencia de la señal captada
por el radiotelescopio, que está centrada en 78 megahercios (MHz). El
cálculo que permite relacionar la frecuencia de la señal con la edad del
Universo se deriva del hecho de que el Universo está en expansión. Por
lo tanto, cuanto más antigua es la señal de un astro, más lejos está de
nosotros y más se aleja. Este alejamiento hace que la señal que nos
llega tenga una frecuencia inferior a la emisión original por el llamado
efecto Doppler. Sabiendo que la emisión original del hidrógeno es de
1.420 MHz, la detección a 78 MHz permite situar el nacimiento de las
primeras estrellas 180 millones de años después del big bang, un
resultado que está de acuerdo con los modelos teóricos actuales sobre la
evolución del Universo.
La segunda información fundamental que contiene la señal
captada por el radiotelescopio indica la temperatura a la que se
encontraba en aquel momento el hidrógeno que llenaba el Universo. Esta
es la información que no cuadra con los modelos teóricos y que obliga a
recurrir a la materia oscura para explicarla.
La temperatura se deduce de la intensidad de la señal. Si los resultados de la detección son correctos, el hidrógeno se encontraba en aquella época a unos 3 grados Kelvin.
Sin embargo, los modelos teóricos de la evolución temprana del Universo
predicen que las primeras estrellas nacieron cuando el gas aún estaba a
más de 7 grados Kelvin.
La investigación sitúa las primeras estrellas 180 millones de
años después del big bang, cuando el Universo tenía un 1,3% de su edad
actual
“Este enfriamiento adicional sólo es posible a
través de la interacción [del hidrógeno] con algo aún más frío”,
sostiene el astrofísico Rennan Barkana, de la Universidad de Tel Aviv
(Israel), en otro artículo publicado en Nature. “El único
ingrediente cósmico que puede estar más frío que el gas [en el periodo
del Universo que se ha estudiado] es la materia oscura”.
El equipo de la Universidad del Estado de Arizona coincide
en que “sólo el enfriamiento del gas como resultado de interacciones con
la materia oscura parece capaz de explicar” la señal detectada. Aun
así, reclama que otros radiotelescopios busquen la señal para confirmar
sus resultados.
“Si se confirma, es un descubrimiento fundamental de
consecuencias muy profundas que cambiará de manera importante nuestra
comprensión del Universo”, sostiene Jordi Miralda-Escudé,
especialista en el estudio de este periodo de la historia cósmica. “Pero
hay que tener en cuenta que miden una señal muy débil con un gran ruido
de fondo de otras fuentes de ondas de radio”.
Es para minimizar el ruido de fondo que la detección se ha hecho desde el Observatorio de Radioastronomía Murchison, en una región desértica del oeste de Australia.
Pero aun así sigue habiendo un ruido de fondo significativo de ondas de
radio procedentes de la atmósfera terrestre y de la Vía Láctea.
“Ha supuesto un gran reto técnico hacer esta detección, ya
que las fuentes de ruido pueden ser mil veces más intensas que la señal.
Es como estar en medio de un huracán e intentar escuchar el aleteo de un colibrí”, declara en un comunicado Peter Kurzynski, de la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU., que ha financiado la investigación.
Aunque los investigadores han eliminado el ruido de fondo
al analizar la señal, “queda la duda de si la señal que presentan es
real o es un artificio”, advierte Miralda-Escudé. “Es algo que sólo se
podrá determinar con más observaciones”.
También podría ocurrir que la antigüedad de la señal sea
correcta –y que realmente sea un eco de las primeras estrellas–, pero
que su intensidad sea incorrecta –y por lo tanto que no sea un efecto de
la materia oscura–.
Si todas las mediciones son correctas, “entonces
hemos aprendido algo nuevo y fundamental sobre la misteriosa materia
oscura que representa el 85% de la materia del Universo”, declara en un
comunicado Judd Bowman, primer autor de la investigación. “Sería la primera visión de la física más allá del Modelo Estándar”,
es decir, más allá de la teoría actual que explica las fuerzas y
partículas del Universo y que los científicos saben que es incompleta.
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