Desde sus laboratorios en un planeta rocoso empequeñecido por la inmensidad del espacio, Los científicos de la Universidad de Clemson han logrado medir toda la luz de las estrellas jamás producida a lo largo de la historia del universo observable.

Los astrofísicos creen que nuestro universo, que tiene aproximadamente 13,7 mil millones de años, comenzó a formar las primeras estrellas cuando tenía unos cientos de millones de años. Desde entonces, el universo se ha convertido en un tour de force de creación de estrellas. Ahora hay alrededor de dos billones de galaxias y un billón de billones de estrellas. Usando nuevos métodos de medición de la luz de las estrellas, El astrofísico del Clemson College of Science Marco Ajello y su equipo analizaron datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA para determinar la historia de la formación de estrellas durante la mayor parte de la vida del universo.

Un artículo colaborativo titulado "Una determinación de rayos gamma de la historia de formación estelar del Universo" se publicó el 30 de noviembre en la revista. Ciencias y describe los resultados y ramificaciones del nuevo proceso de medición del equipo.

"A partir de los datos recopilados por el telescopio Fermi, pudimos medir la cantidad total de luz estelar emitida. Esto nunca se ha hecho antes, "dijo Ajello, quien es el autor principal del artículo. "La mayor parte de esta luz es emitida por estrellas que viven en galaxias. Y así, esto nos ha permitido comprender mejor el proceso de evolución estelar y obtener información cautivadora sobre cómo el universo produjo su contenido luminoso ".

Poner un número a la cantidad de luz estelar jamás producida tiene varias variables que dificultan la cuantificación en términos simples. Pero según la nueva medida, el número de fotones (partículas de luz visible) que escaparon al espacio después de ser emitidos por las estrellas se traduce en 4x10 ⁸⁴ .

A pesar de este número asombrosamente grande, Es interesante notar que con la excepción de la luz que proviene de nuestro propio sol y galaxia, el resto de la luz de las estrellas que llega a la Tierra es excesivamente tenue, equivalente a una bombilla de luz de 60 vatios vista en completa oscuridad desde aproximadamente 4 kilómetros de distancia. Esto se debe a que el universo es casi incomprensiblemente enorme. Por eso también el cielo está oscuro por la noche, que no sea la luz de la luna, estrellas visibles y el tenue resplandor de la Vía Láctea.

El telescopio espacial de rayos gamma Fermi se lanzó a órbita baja el 11 de junio de 2008, y recientemente celebró su décimo aniversario. Es un poderoso observatorio que ha proporcionado enormes cantidades de datos sobre los rayos gamma (la forma de luz más energética) y su interacción con la luz de fondo extragaláctica (EBL), que es una niebla cósmica compuesta por todo el ultravioleta, luz visible e infrarroja emitida por las estrellas o por el polvo en sus proximidades. Ajello y el becario postdoctoral Vaidehi Paliya analizaron casi nueve años de datos relacionados con las señales de rayos gamma de 739 blazares.

Los blazares son galaxias que contienen agujeros negros supermasivos que son capaces de liberar chorros de partículas energéticas estrechamente colimados que saltan de sus galaxias y atraviesan el cosmos casi a la velocidad de la luz. Cuando uno de estos chorros apunta directamente a la Tierra, es detectable incluso cuando se origina desde muy lejos. Los fotones de rayos gamma producidos dentro de los chorros eventualmente chocan con la niebla cósmica, dejando una huella observable. Esto permitió al equipo de Ajello medir la densidad de la niebla no solo en un lugar dado, sino también en un momento dado de la historia del universo.

"Los fotones de rayos gamma que viajan a través de una niebla de luz estelar tienen una gran probabilidad de ser absorbidos, "dijo Ajello, profesor asistente en el departamento de física y astronomía. "Al medir cuántos fotones se han absorbido, pudimos medir qué tan espesa era la niebla y también medir, en función del tiempo, cuánta luz había en todo el rango de longitudes de onda ".

Usando encuestas de galaxias, la historia de la formación estelar del universo se ha estudiado durante décadas. Pero un obstáculo al que se enfrentó la investigación anterior fue que algunas galaxias estaban demasiado lejos, o demasiado débil, para que lo detecten los telescopios actuales. Esto obligó a los científicos a estimar la luz estelar producida por estas galaxias distantes en lugar de registrarla directamente.

El equipo de Ajello pudo evitar esto utilizando los datos del telescopio de área grande de Fermi para analizar la luz de fondo extragaláctica. Luz de las estrellas que se escapa de las galaxias, incluidos los más lejanos, eventualmente pasa a formar parte de la EBL. Por lo tanto, mediciones precisas de esta niebla cósmica, que solo recientemente se han hecho posibles, eliminó la necesidad de estimar las emisiones de luz de galaxias ultra distantes.

Paliya realizó el análisis de rayos gamma de los 739 blazares, cuyos agujeros negros son de millones a miles de millones de veces más masivos que nuestro sol.

"Al usar blazares a diferentes distancias de nosotros, medimos la luz total de las estrellas en diferentes períodos de tiempo, ", dijo Paliya del departamento de física y astronomía." Medimos la luz estelar total de cada época, hace mil millones de años, hace dos mil millones de años, hace seis mil millones de años, etc. - todo el camino de regreso a cuando se formaron las estrellas por primera vez. Esto nos permitió reconstruir la EBL y determinar la historia de formación estelar del universo de una manera más efectiva que la que se había logrado antes ".

Cuando los rayos gamma de alta energía chocan con la luz visible de baja energía, se transforman en pares de electrones y positrones. Según la NASA, La capacidad de Fermi para detectar rayos gamma en una amplia gama de energías lo hace especialmente adecuado para mapear la niebla cósmica. Estas interacciones de partículas ocurren a inmensas distancias cósmicas, lo que permitió al grupo de Ajello investigar más profundamente que nunca la productividad de formación de estrellas del universo.

"Los científicos han intentado medir la EBL durante mucho tiempo. Sin embargo, Los primeros planos muy brillantes como la luz zodiacal (que es la luz dispersada por el polvo en el sistema solar) hicieron que esta medida fuera muy desafiante. "dijo el coautor Abhishek Desai, asistente de investigación graduado en el departamento de física y astronomía. "Nuestra técnica es insensible a cualquier primer plano y, por lo tanto, superó todas estas dificultades de una vez".

Formación de estrellas, que ocurre cuando las regiones densas de nubes moleculares colapsan y forman estrellas, alcanzó su punto máximo hace alrededor de 11 mil millones de años. Pero aunque el nacimiento de nuevas estrellas se ha ralentizado desde entonces, nunca se ha detenido. Por ejemplo, aproximadamente siete nuevas estrellas se crean en nuestra galaxia, la Vía Láctea, cada año.

Estableciendo no solo la EBL actual, pero revelar su evolución en la historia cósmica es un gran avance en este campo, según el miembro del equipo Dieter Hartmann, profesor del departamento de física y astronomía.

"La formación de estrellas es un gran ciclo cósmico y reciclaje de energía, materia y metales. Es el motor del universo, ", Dijo Hartmann." Sin la evolución de las estrellas, no tendríamos los elementos fundamentales necesarios para la existencia de la vida ".

Comprender la formación de estrellas también tiene ramificaciones para otras áreas de estudio astronómico, incluida la investigación sobre el polvo cósmico, evolución de galaxias y materia oscura. El análisis del equipo proporcionará a las misiones futuras una guía para explorar los primeros días de la evolución estelar, como el próximo telescopio espacial James Webb, que se lanzará en 2021 y permitirá a los científicos buscar la formación de galaxias primordiales.

"Los primeros mil millones de años de la historia de nuestro universo son una época muy interesante que aún no ha sido probada por los satélites actuales, "Ajello concluyó." Nuestra medida nos permite echar un vistazo a su interior. Quizás algún día encontremos una manera de mirar hacia atrás hasta el Big Bang. Este es nuestro objetivo final ".