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    Señal detectada de las primeras estrellas del universo, con un indicio de que la materia oscura estaba involucrada

    Representación de un artista del aspecto que podrían haber tenido las primeras estrellas del universo. Crédito:N.R. Batán, Fundación Nacional de Ciencia

    Una señal causada por las primeras estrellas que se formaron en el universo ha sido captada por un radiotelescopio diminuto pero altamente especializado en el remoto desierto de Australia Occidental.

    Los detalles de la detección se revelan en un artículo publicado hoy en Nature y nos dicen que estas estrellas se formaron solo 180 millones de años después del Big Bang.

    Es potencialmente uno de los descubrimientos astronómicos más emocionantes de la década. Un segundo artículo de Nature publicado hoy vincula el hallazgo con posiblemente la primera evidencia detectada de que la materia oscura, se cree que componen gran parte del universo, podría interactuar con átomos ordinarios.

    Sintonizando la señal

    Este descubrimiento fue realizado por una pequeña antena de radio que opera en la banda de 50-100Mhz, que se superpone a algunas estaciones de radio FM conocidas (razón por la cual el telescopio está ubicado en el remoto desierto de WA).

    Lo que se ha detectado es la absorción de luz por gas hidrógeno atómico neutro, que llenó el universo primitivo después de que se enfrió a partir del plasma caliente del Big Bang.

    En este momento (180 millones de años después del Big Bang) el universo primitivo se estaba expandiendo, pero las regiones más densas del universo colapsaron bajo la gravedad para formar las primeras estrellas.

    La formación de las primeras estrellas tuvo un efecto dramático en el resto del universo. La radiación ultravioleta de ellos cambió el espín de los electrones en los átomos de hidrógeno, haciendo que absorba la emisión de radio de fondo del universo a una frecuencia de resonancia natural de 1, 420 MHz, proyectando una sombra por así decirlo.

    Una línea de tiempo del universo actualizado para mostrar cuándo surgieron las primeras estrellas 180 millones de años después del Big Bang. Crédito:N.R. Batán, Fundación Nacional de Ciencia

    Ahora, 13 mil millones de años después, esa sombra se esperaría a una frecuencia mucho más baja porque el universo se ha expandido casi 18 veces en ese tiempo.

    Un resultado temprano

    Los astrónomos habían estado prediciendo este fenómeno durante casi 20 años y buscándolo durante diez años. Nadie sabía muy bien qué tan fuerte sería la señal o en qué frecuencia buscar.

    La mayoría esperaba que tomara bastantes años más después de 2018.

    Pero la sombra fue detectada a 78MHz por un equipo dirigido por el astrónomo Judd Bowman de la Universidad Estatal de Arizona.

    Sorprendentemente, esta detección de señal de radio en 2015-2016 se realizó mediante una pequeña antena (el experimento EDGES), solo unos pocos metros de tamaño, acoplado a un receptor de radio y un sistema de procesamiento de señales muy inteligente. Solo se ha publicado ahora después de una revisión rigurosa.

    Este es el descubrimiento astronómico más importante desde la detección de ondas gravitacionales en 2015. Las primeras estrellas representan el comienzo de todo lo complejo en el universo, el comienzo del largo viaje a las galaxias, sistemas solares, planetas vida y cerebro.

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

    Detectar su firma es un hito y precisar el momento exacto de su formación es una medida importante para la cosmología.

    Este es un resultado asombroso. Pero se pone mejor y aún más misterioso y emocionante.

    ¿Evidencia de materia oscura?

    La señal es dos veces más fuerte de lo esperado, por eso se ha detectado tan temprano. En el segundo artículo de Nature, el astrónomo Rennan Barkana, de la Universidad de Tel Aviv, dijo que es bastante difícil explicar por qué la señal es tan fuerte, como nos dice, el gas hidrógeno en este momento es significativamente más frío de lo esperado en el modelo estándar de evolución cósmica.

    A los astrónomos les gusta introducir nuevos tipos de objetos exóticos para explicar las cosas (por ejemplo, estrellas supermasivas, agujeros negros), pero estos generalmente producen radiación que hace que las cosas sean más calientes.

    ¿Cómo se enfrían los átomos? Hay que ponerlos en contacto térmico con algo aún más frío, y el sospechoso más viable es lo que se conoce como materia oscura fría.

    La materia oscura fría es la base de la cosmología moderna. Se introdujo en la década de 1980 para explicar cómo giran las galaxias:parecían girar mucho más rápido de lo que podrían explicar las estrellas visibles y se necesitaba una fuerza gravitacional adicional.

    Uno de los 128 mosaicos del telescopio Murchison Widefield Array (MWA). Crédito:Flickr / Oficina Australiana de SKA / Departamento de Comercio de WA, CC BY-ND

    Ahora pensamos que la materia oscura tiene que estar hecha de un nuevo tipo de partícula fundamental. Hay aproximadamente seis veces más materia oscura que materia ordinaria y si estuviera hecha de átomos normales, el Big Bang se habría visto bastante diferente de lo que se observa.

    En cuanto a la naturaleza de esta partícula, y su masa, solo podemos adivinar.

    Entonces, si la materia oscura fría choca con los átomos de hidrógeno en el universo temprano y los enfría, este es un avance importante y podría llevarnos a precisar su verdadera naturaleza. Esta sería la primera vez que la materia oscura ha demostrado una interacción distinta a la gravedad.

    Aquí viene el 'pero'

    Se justifica una nota de precaución. Esta señal de hidrógeno es muy difícil de detectar:​​es miles de veces más débil que el ruido de radio de fondo incluso en una ubicación remota en Australia Occidental.

    Los autores del primer artículo de Nature han pasado más de un año realizando una multitud de pruebas y comprobaciones para asegurarse de que no se han equivocado. La sensibilidad de su antena debe estar exquisitamente calibrada en todo el paso de banda. La detección es un logro técnico impresionante, pero los astrónomos de todo el mundo aguantarán la respiración hasta que un experimento independiente confirme el resultado.

    Si se confirma, esto abrirá la puerta a una nueva ventana sobre el universo temprano y, potencialmente, a una nueva comprensión de la naturaleza de la materia oscura al proporcionar una nueva ventana de observación.

    Esta señal se ha detectado procedente de todo el cielo, pero en el futuro se puede mapear en el cielo, y los detalles de las estructuras en los mapas nos darían aún más información sobre las propiedades físicas de la materia oscura.

    Más observaciones del desierto

    Las publicaciones de hoy son noticias emocionantes para Australia en particular. Australia Occidental es la zona más silenciosa de radio del mundo, y será el lugar privilegiado para futuras observaciones cartográficas. El Murchison Widefield Array está en funcionamiento en este momento, y las actualizaciones futuras podrían proporcionar exactamente ese mapa.

    Este es también un objetivo científico importante de la matriz de kilómetros cuadrados de miles de millones de dólares, ubicado en Australia Occidental, que debería poder proporcionar imágenes de mucha mayor fidelidad de esta época.

    Es extremadamente emocionante esperar el momento en que podamos revelar la naturaleza de las primeras estrellas y tener un nuevo enfoque a través de la radioastronomía para abordar la materia oscura. que hasta ahora ha resultado intratable.

    Esperemos que los gobiernos del mundo, o al menos Australia, puede mantener la frecuencia de 78 MHz limpia de música pop y programas de entrevistas para que podamos seguir observando el nacimiento del universo.

    Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.




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