Y… se hizo la LUZ. Detectadas las primeras estrellas del Universo.
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.