Detectadas las primeras estrellas del universo
Se cree que las bolas ardientes de gas se originaron unos 180 millones de años después del nacimiento del cosmos.
Puede que las estrellas nos acompañen al caer la noche, pero estas luces titilantes no siempre formaron parte del cosmos. Los científicos han rastreado las primeras estrellas en el tiempo hasta 180 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tal como lo conocemos hoy nació en una gigantesca explosión.
Durante décadas, equipos de científicos han buscado incansablemente las huellas de estas primeras estrellas. En un proyecto denominado EDGES, se ha detectado recientemente una señal de radio provocada por la interacción entre la luz de las estrellas y el hidrógeno que llena el vacío primario.
Si la señal se confirma, esta detección abrirá el camino a nuevas investigaciones cosmológicas y promete algunos enigmas por delante.
“El amanecer cósmico ha permanecido hasta ahora completamente inexplorado”, admite Cynthia Chiang, física de la Universidad de KwaZulu-Natal, en Sudáfrica. “Tener una nueva visión de este fragmento de la historia del universo es extremadamente emocionante. La detección de EDGES es un primer paso si queremos comprender a fondo la naturaleza de las primeras estrellas.”
EL AMANECER CÓSMICO !
Detectadas las primeras estrellas del universo
Poco después de su nacimiento, el universo se sumió en la oscuridad. Las primeras estrellas se iluminaron cuando el gas caliente y los cúmulos de materia oscura se fusionaron y contrajeron hasta alcanzar la densidad suficiente para encender los núcleos nucleares de pequeños soles.
Cuando estas primeras estrellas insuflaron luz ultravioleta al cosmos, sus fotones se mezclaron con el hidrógeno primitivo, que absorbió la radiación natural hasta volverse translúcido. En el proceso, estos átomos de hidrógeno produjeron ondas de radio que viajaron por el espacio con una frecuencia predecible. Los astrónomos aún pueden verlas hoy en día a través de los radiotelescopios.
Este mismo proceso continúa en las estrellas actuales, que siguen proyectando luz a través del cosmos. Sin embargo, las ondas de radio producidas por estos primeros inicios estelares han viajado por el espacio durante tanto tiempo que se han estirado o desplazado al rojo. Este fenómeno ha permitido a los astrónomos identificar las huellas de las primeras estrellas en las ondas de radio detectadas por una pequeña antena en Australia Occidental.
Detectadas las primeras estrellas del universo
“La señal apareció por primera vez en las semanas posteriores al encendido del instrumento en 2015”, explica Judd Bowman, de la Universidad Estatal de Arizona, uno de los coautores del estudio que presentó los resultados en la revista Nature. “Al principio pensamos que algo iba mal con el instrumento porque era mucho más grande de lo que esperábamos”.
Durante los dos últimos años, el investigador y su equipo han estado trabajando para descartar cualquier posible error que pudiera adoptar la forma de una señal del final del periodo oscuro cósmico.
“Decenas de pruebas nos han permitido confirmar que se trata efectivamente de una señal procedente del cielo”, prosigue. “Es esencial que otro equipo confirme la detección con otro instrumento”.
Cynthia Chiang, que forma parte de otro equipo que estudia la misma señal, confirma: “Proponen, y con razón, realizar más experimentos para confirmar las mediciones”.
“Este tipo de mediciones se hace muy difícil por la extrema sensibilidad a los errores sistemáticos. El equipo del proyecto EDGES ha realizado un trabajo increíble para eliminar las imperfecciones instrumentales.
DE VUELTA A LA OSCURIDAD
Detectadas las primeras estrellas del universo
De confirmarse la señal, supondría un desafío para algunos científicos que han estudiado el universo primitivo. En primer lugar, el marco temporal en el que nacieron estas primeras estrellas es coherente con algunas teorías, pero no con otras.
“Es muy extraño por varias razones”, afirma Steven Furlanetto, de la Universidad de California en Los Ángeles, especializado en formación de galaxias y producción estelar. “Es una forma novedosa de física que entusiasmaría a mucha gente”. Es posible, por ejemplo, que esta señal proceda de galaxias que se comportan de forma impredecible.
En trabajos anteriores, Furlanetto y sus colegas partieron de observaciones reales de las primeras galaxias conocidas y
luego dieron cuerda al reloj cósmico mediante modelos informáticos, buscando el periodo en el que habría aparecido la señal de las primeras estrellas. Se sabe que las primeras galaxias del universo eran pequeñas, frágiles y poco propicias a la formación de estrellas, por lo que los investigadores no esperaban que la señal alcanzara su punto máximo hasta 325 millones de años después del big bang.
Pero si las primeras estrellas ya habían generado luz suficiente para señalar su presencia 180 millones de años después del big bang, estas primeras galaxias deben ser diferentes.
“La explicación más sencilla es que en el universo primitivo, estos elementos tan pequeños podían formar estrellas con más facilidad que en otras épocas”, afirma. “Esto cambia enormemente nuestra comprensión de las galaxias.
Del mismo modo, el hidrógeno primitivo absorbe fotones a velocidades al menos dos veces superiores a las esperadas, lo que socava algunas ideas sobre la temperatura del universo primitivo. Dos teorías prevalecen: o bien el gas primitivo era más frío de lo que pensábamos, o bien la radiación natural era más caliente.
Curiosamente, un segundo trabajo publicado ayer en la revista Nature sugiere que las interacciones con la materia oscura enfriarían el gas hasta una temperatura a la que absorbería más fotones.
La materia oscura constituye la mayor parte de la masa del universo, pero no se comporta como la materia “normal” y ha resultado difícil de comprender. Elude la detección directa y los científicos se esfuerzan por determinar su naturaleza exacta y su influencia en la estructura del universo a lo largo del tiempo.
“Sería una gran noticia que se tratara de una señal de materia oscura, lo cual no es imposible”, afirma Tracy Slatyer, del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
Sin embargo, añade que es demasiado pronto para aceptar esta conclusión. Otra explicación es que hay más fotones de los que el hidrógeno puede absorber, aunque el origen de estos fotones en el universo primitivo sigue sin estar claro. Por ello, Tracy Slatyer y sus colegas esperan una confirmación independiente de los resultados de EDGES antes de especular sobre posibles escenarios de materia oscura.
“Tendré una idea más clara del tema una vez que hayamos reflexionado sobre cómo encaja este descubrimiento en nuestra comprensión de la materia oscura y las galaxias”, afirma Furlanetto. “Los resultados son tan diferentes de lo que esperábamos que me temo que son irrelevantes. No tengo ni idea de qué puede ser“.
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