Entusiasmo entre los astrónomos por los nuevos datos sobre la señal cósmica que oculta los secretos del universo

Hace trece mil millones de años nuestro universo estaba oscuro. La luz se inicia cuando aparecen las primeras partículas fundamentales (quarks) y los primeros fotones (o partículas de luz), que después interaccionarían entre sí para generar nuevos fotones o radiación electromagnética, que puede ser percibida por el ojo humano.

La formación de las primeras galaxias dio origen a un proceso conocido como reionización, que se inició cuando las primeras generaciones de estrellas y quásares emitieron la radiación que reionizó el universo, unos 1.000 millones de años después del Big Bang. Antes de la reionización no había una señal basada en la luz que pudiéramos estudiar porque no había luz visible.

Por este motivo, los astrónomos saben muy poco de lo que pasó en los primeros mil millones de años de la historia del universo: solo han podido observar unas pocas galaxias y otros objetos extremadamente brillantes que tienen esa antigüedad.

Para remontarse a esos primeros momentos del universo, desde hace décadas los astrónomos tratan de detectar una antiquísima señal que se emitió poco después del Big Bang.

El hidrógeno neutro que dominó el espacio y el tiempo antes de la reionización irradiaba una longitud de onda de aproximadamente 21 centímetros. Estirada ahora a algo más de dos metros debido a la expansión del Universo, esa señal persiste, y detectarla sigue siendo la mejor manera teórica de sondear las condiciones que se dieron en los primeros días del Cosmos, señalan los astrónomos.

Señal antigua

Esa señal ha estado viajando a través del Universo durante 12 mil millones de años, aunque nadie ha podido observarla todavía, pero cada vez estamos más cerca de conseguirlo.

Los últimos resultados obtenidos sobre esta señal han suscitado entusiasmo entre los astrónomos, destaca Nichole Barry, una de las investigadoras, en la revista Dailygalaxy.

Añade que esa señal proporcionará información sobre algunos de los últimos misterios que quedan en el Universo, como los orígenes de la materia oscura y de la energía oscura.

Esa señal también podrá decirnos algo sobre cómo nuestro Universo complejo se formó a partir de un gas simple y casi uniforme, e incluso revelar una física todavía desconocida.

Existe una gran cantidad de información, tanto cosmológica como astrofísica, que podríamos aprender de la Época de la Reionización. Los nuevos resultados nos acercan mucho más a ese objetivo, sentencia Barry.

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Ardua tarea

Sin embargo, conseguirlo es muy difícil. La señal es excepcionalmente débil y hay muchas galaxias entre ella y la nuestra que se interponen y hacen que sea muy difícil extraer la información que contiene.

Las señales registradas hasta ahora por el Murchison Widefield Array (MWA), una colección de 4.096 antenas dipolo ubicadas en el interior remoto de Australia Occidental, y otros dispositivos de búsqueda de la señal misteriosa, como Hydrogen Epoch of Reionization Array en Sudáfrica y Low Frequency Array en los Países Bajos, han sido extremadamente confusas.

Las nuevas investigaciones han utilizado numerosos datos sin procesar y empleado nuevas técnicas para refinar el análisis y excluir fuentes constantes de contaminación de la señal, incluida la interferencia ultra débil generada por emisiones de radio en la Tierra.

El resultado ha sido un nivel de precisión inédito en el análisis de la señal, aunque sigue sin proporcionar información sobre cuándo empezó y terminó la reionización que dio origen a la luz.

Resultados asombrosos

Sin embargo, los resultados obtenidos representan no solo un paso adelante en la búsqueda global para explorar el Universo infantil, sino que también establecen un marco para futuras investigaciones porque permiten mejorar futuros análisis de los datos obtenidos sobre la señal.

“Los nuevos resultados son asombrosos, y todos estamos entusiasmados con lo que esto conseguirá en el futuro”, señala Barry. Representan solo una parte de lo que la matriz completa podrá proporcionar.

Hipotéticamente, esto significa que será fácil integrar más información y hacerlo aún mejor en el fututo.

Estos resultados no solo constituyen una gran mejoría, sino que también representan un trabajo cuidadoso para simular todas las formas en que el análisis podría sesgar la medición, concluye la astrónoma de la Universidad de Melbourne.

Durante la próxima década, utilizando instrumentos como el Hydrogen Epoch of Reionization Array ( HERA ), los astrónomos esperan obtener imágenes de las regiones neutrales que quedan al final de la reionización utilizando la línea de 21 cm de la señal cósmica, destaca Tommy Wen Chin, de la San José State University, en Astrobites.

Y añade: esperan observar el estado del universo en esta última fase inexplorada de la evolución cósmica para descubrir qué objetos iluminaron por primera vez el universo y cómo y cuándo se formaron las primeras galaxias.

Referencias

A new MWA limit on the 21 cm power spectrum at redshifts ∼13–17. S Yoshiura et al. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 505, Issue 4, August 2021, Pages 4775–4790. DOI:https://doi.org/10.1093/mnras/stab1560

First Results from HERA Phase I: Upper Limits on the Epoch of Reionization 21 cm Power Spectrum. The HERA Collaboration. arXiv:2108.02263 [astro-ph.CO]

Imagen superior: El hidrógeno neutro, en rojo, es ionizado gradualmente por las primeras estrellas, que se muestran en blanco. La imagen fue hecha por el programa Dark-Age Reionization And Galaxy Observables from Numerical Simulations (DRAGONS) de la Universidad de Melbourne. (Paul Geil y Simon Mutch)