Hace alrededor de 12 mil millones de años, el universo emergió de una gran edad cósmica oscura cuando las primeras estrellas y galaxias se iluminaron. Con un nuevo análisis de los datos recopilados por el radiotelescopio Murchison Widefield Array (MWA), Los científicos están ahora más cerca que nunca de detectar la firma ultra tenue de este punto de inflexión en la historia cósmica.

En un documento en el sitio de preimpresión ArXiv y pronto se publicará en The Diario astrofísico , Los investigadores presentan el primer análisis de datos de una nueva configuración del MWA diseñada específicamente para buscar la señal de hidrógeno neutro. el gas que dominó el universo durante la edad oscura cósmica. El análisis establece un nuevo límite, el límite más bajo hasta ahora, para la fuerza de la señal de hidrógeno neutro.

"Podemos decir con confianza que si la señal de hidrógeno neutro fuera más fuerte que el límite que establecimos en el documento, entonces el telescopio lo habría detectado, "dijo Jonathan Pober, profesor asistente de física en la Universidad de Brown y autor correspondiente del nuevo artículo. "Estos hallazgos pueden ayudarnos a restringir aún más el momento en que terminaron las edades oscuras cósmicas y surgieron las primeras estrellas".

La investigación fue dirigida por Wenyang Li, quien realizó el trabajo como Ph.D. estudiante en Brown. Li y Pober colaboraron con un grupo internacional de investigadores que trabajan con MWA.

A pesar de su importancia en la historia cósmica, poco se sabe sobre el período en que se formaron las primeras estrellas, que se conoce como la Época de la Reionización (EoR). Los primeros átomos que se formaron después del Big Bang fueron iones de hidrógeno cargados positivamente, átomos cuyos electrones fueron eliminados por la energía del universo infantil. A medida que el universo se enfrió y se expandió, Los átomos de hidrógeno se reunieron con sus electrones para formar hidrógeno neutro. Y eso es casi todo lo que había en el universo hasta hace unos 12 mil millones de años, cuando los átomos comenzaron a agruparse para formar estrellas y galaxias. La luz de esos objetos reionizó el hidrógeno neutro, provocando que desaparezca en gran medida del espacio interestelar.

El objetivo de proyectos como el que está sucediendo en MWA es localizar la señal de hidrógeno neutro de la edad oscura y medir cómo cambió a medida que se desarrolló la EoR. Hacerlo podría revelar información nueva y crítica sobre las primeras estrellas, los bloques de construcción del universo que vemos hoy. Pero captar cualquier atisbo de esa señal de 12 mil millones de años es una tarea difícil que requiere instrumentos con una sensibilidad exquisita.

Cuando comenzó a operar en 2013, el MWA era una matriz de 2, 048 antenas de radio dispuestas a lo largo de la remota campiña de Australia Occidental. Las antenas están agrupadas en mosaicos de 128 ", "cuyas señales son combinadas por una supercomputadora llamada Correlator. En 2016, el número de mosaicos se duplicó a 256, y se modificó su configuración a lo largo del paisaje para mejorar su sensibilidad a la señal de hidrógeno neutro. Este nuevo artículo es el primer análisis de datos de la matriz expandida.

El hidrógeno neutro emite radiación con una longitud de onda de 21 centímetros. A medida que el universo se ha expandido durante los últimos 12 mil millones de años, la señal del EoR ahora se extiende a unos 2 metros, y eso es lo que buscan los astrónomos de la MWA. El problema es que hay una miríada de otras fuentes que emiten en la misma longitud de onda:fuentes creadas por el hombre, como la televisión digital, así como fuentes naturales de la Vía Láctea y de millones de otras galaxias.

"Todas estas otras fuentes son muchos órdenes de magnitud más fuertes que la señal que estamos tratando de detectar, "Dijo Pober." Incluso una señal de radio FM que se refleja en un avión que pasa por encima del telescopio es suficiente para contaminar los datos ".

Para concentrarse en la señal, los investigadores utilizan una gran variedad de técnicas de procesamiento para eliminar esos contaminantes. Al mismo tiempo, explican las respuestas de frecuencia únicas del propio telescopio.

"Si observamos diferentes frecuencias de radio o longitudes de onda, el telescopio se comporta un poco diferente, ", Dijo Pober." Corregir la respuesta del telescopio es absolutamente crítico para luego hacer la separación de los contaminantes astrofísicos y la señal de interés ".

Esas técnicas de análisis de datos combinadas con la capacidad ampliada del telescopio dieron como resultado un nuevo límite superior de la intensidad de la señal EoR. Es el segundo análisis consecutivo del mejor límite hasta la fecha publicado por MWA y genera esperanzas de que el experimento algún día detecte la elusiva señal EoR.

"Este análisis demuestra que la actualización de la fase dos tuvo muchos de los efectos deseados y que las nuevas técnicas de análisis mejorarán los análisis futuros," "Dijo Pober." El hecho de que MWA haya publicado ahora consecutivamente los dos mejores límites de la señal da impulso a la idea de que este experimento y su enfoque son muy prometedores ".