Esta ilustración de la Agencia Espacial Europea muestra la época de la reionización. Lo que estás mirando de izquierda a derecha:la luz más antigua del universo, las primeras estrellas, el proceso de reionización y las primeras galaxias. ESA - C. Carreau Los astrónomos han descubierto una reliquia cósmica desde el principio de los tiempos que revela cuándo cobraron vida las primeras estrellas. Al hacerlo, pueden haber revelado una pista tentadora sobre cómo la materia oscura influyó en nuestro universo primitivo.
Antes de sumergirnos en lo que es esta reliquia, Necesitamos viajar a una época posterior al Big Bang, que ocurrió hace 13,8 mil millones de años. En aquel momento, el universo era un revoltijo de plasma caliente, una colección densa de partículas altamente cargadas (o ionizadas). A medida que el plasma se enfrió y el universo se expandió, El hidrógeno neutro (el átomo más básico que consta de un protón y un electrón) comenzó a formarse aproximadamente 370, 000 años después de que nuestro universo cobrara vida. Finalmente, este gas de hidrógeno neutro se agrupó bajo la gravedad, desencadenando la formación de las primeras estrellas que estallaron con poderosos rayos X.
Exactamente cuando ocurrió el "amanecer cósmico", sin embargo, ha estado abierto a debate. Pasó hace tanto tiempo y esa primera luz de esas antiguas estrellas bebé es demasiado débil para que incluso el observatorio más avanzado la detecte.
Sin embargo, una antena de radio del tamaño de un refrigerador ubicada en Australia Occidental ha ayudado a zanjar el debate. Es parte del Experimento para Detectar la Firma de la Época Global de Reionización, o BORDES. En su búsqueda del amanecer cósmico, Los investigadores del proyecto han estado ocupados investigando otra fuente de radiación antigua llamada fondo cósmico de microondas, o el CMB. A menudo llamado el resplandor del Big Bang, esta radiación llena el universo y pueden ser detectado, por lo que es útil para investigar la época más antigua de la existencia de nuestro universo.
Volvamos a esos primeros días del universo. A medida que los fotones del CMB viajaban a través del hidrógeno neutro interestelar alrededor del momento en que las primeras estrellas cobraron vida, en estos fotones se incrustó una huella digital de nacimiento estelar. Miles de millones de años después, Los astrónomos acaban de ver su señal:una "caída" reveladora en una frecuencia específica.
"Esta es la primera vez que vemos una señal de tan temprano en el Universo, aparte del resplandor del Big Bang, ", dijo el astrónomo Judd Bowman a Nature. Bowman, que trabaja en la Universidad Estatal de Arizona en Tempe, dirigió el estudio que se publicó en la revista Nature el 28 de febrero.
Encontrar esta señal no fue tarea fácil. Los investigadores pasaron dos años confirmando y reconfirmando sus hallazgos, tratando de determinar si la señal era realmente una ventana al amanecer cósmico o un ruido desafortunado de nuestra galaxia. Incluso tuvieron que descartar minuciosamente la interferencia de radio de la actividad humana en y cerca de la Tierra.
"Después de dos años, pasamos todas estas pruebas, y no pude encontrar ninguna explicación alternativa, "Bowman transmitido a la naturaleza". En ese momento, empezamos a sentir emoción ".
Esa señal tan importante fue una caída en la energía del CMB a una frecuencia de 78 megahercios. He aquí por qué:la poderosa radiación de rayos X de las primeras estrellas alteró el comportamiento del gas hidrógeno neutro en el espacio interestelar. Al hacerlo, a medida que los fotones CMB viajaban a través de este gas hidrógeno, absorbió una frecuencia particular, así que en lugar de buscar una emisión específica, Los astrónomos han estado buscando un tipo específico de absorción, o una cierta frecuencia de radiación CMB que faltaba. Esta caída solo podría haber sido causada por las primeras rabietas de rayos X de las primeras estrellas.
Este detallado, La imagen de todo el cielo de los primeros días del universo se creó utilizando nueve años de datos recopilados por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) de la NASA. Los diferentes colores indican fluctuaciones de temperatura. Esos cambios se corresponden con las semillas que se convertirían en las galaxias de nuestro universo. Equipo científico de la NASA / WMAP A medida que el universo se expande, tiempo extraordinario, esta banda de absorción se ha estirado. Entonces, midiendo con precisión qué tan estirado se ha vuelto este chapuzón, los investigadores pudieron calcular cuántos años tiene. Con todo este conocimiento en la mano, pudieron averiguar que las primeras estrellas nacieron no antes de 180 millones de años después del Big Bang. Pero eso no es todo. Los investigadores pudieron registrar el momento preciso en que se cambió la señal. apagado .
Esas primeras estrellas llevaron vidas duras y rápidas, ardiendo brillante y muriendo rápidamente como supernovas. Esta muerte masiva generó rayos X muy enérgicos, aumentar la temperatura del hidrógeno neutro ambiental, cortando su frecuencia de absorción característica de CMB. Esto sucedió aproximadamente 250 millones de años después del Big Bang. En efecto, esta investigación ha abierto una ventana al amanecer cósmico, uno que comenzó 180 millones de años después del nacimiento de nuestro universo y terminó 70 millones de años después, un período que representa el corto período de tiempo de las primeras estrellas.
Esta excavación de arqueología cósmica podría revolucionar nuestra visión de las primeras épocas de nuestro universo. Estas primeras estrellas fueron las fábricas que produjeron los primeros elementos pesados, sembrar nuestro universo con elementos que enriquecerían poblaciones posteriores de estrellas, produciendo elementos cada vez más pesados que eventualmente formaron la vasta colección de objetos estelares, planetas y, por último, vida. Entonces, Ver este momento importante es vislumbrar las primeras etapas embrionarias de la química diversa de nuestro universo.
"Si realmente queremos comprender la escalera cósmica de nuestros orígenes, este es un paso fundamental para comprender, "añadió Bowman.
Este trabajo parece haber tropezado con algo más, también.
En un estudio de Nature diferente basado en esta señal CMB, Otro grupo de investigación señala que la caída de 78 megahercios también es notable por lo dramática que es. Aunque solo representa una caída de energía del 0,1 por ciento, esa caída es dos veces más poderosa de lo que predice la teoría. Esto podría significar que hubo más radiación de la predicha en el amanecer cósmico, o que el hidrógeno neutro estaba siendo enfriado por alguna cosa . Si se demuestra que lo último es correcto, ese "algo" podría ser materia oscura.
Como todos sabemos, Se teoriza que la materia oscura encarna la mayor parte de la masa del universo. A través de mediciones indirectas, los astrónomos saben que está ahí fuera pero simplemente no pueden "verlo". Está interactuando tan débilmente que solo podemos detectar su empuje gravitacional. Pero la profundidad de esta caída de CMB podría ser una señal proveniente de los efectos de la materia oscura en el momento en que aparecieron las primeras estrellas. cuando se teoriza que la materia oscura es fría.
Si este resulta ser el caso, las cosas se han vuelto aún más emocionantes:si la profundidad de esta inmersión se amplifica por la materia oscura fría, significa que las partículas son más pequeñas de lo que predicen los modelos actuales de materia oscura. En otras palabras, esta investigación podría refinar la búsqueda de materia oscura y explicar por qué los físicos aún no han descubierto qué es.
"Si se confirma esa idea, luego hemos aprendido algo nuevo y fundamental sobre la misteriosa materia oscura que constituye el 85 por ciento de la materia en el universo, ", agregó Bowman en un comunicado." Esto proporcionaría el primer vistazo de la física más allá del modelo estándar ".
Estos son, sin duda, descubrimientos importantes y podrían revolucionar nuestra visión del cosmos, pero los investigadores señalan que este es solo el comienzo de muchos años de investigación enfocada. A la luz del descubrimiento de la inmersión, otros observatorios están siendo rediseñados para estudiar esta interesante frecuencia, como el proyecto Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) ubicado en el desierto de Karoo en Sudáfrica. El proyecto European Low-Frequency Array (LOFAR) tiene como objetivo dar un paso más y mapear la señal para ver cómo varía en el cielo. Si la materia oscura está amplificando esta señal, los astrónomos deberían ver un patrón distinto.
Aunque queda mucho camino por recorrer antes de que todas estas pruebas se sumen a un descubrimiento revolucionario, es emocionante pensar que los astrónomos no solo han abierto una ventana al amanecer cósmico; pueden haber abierto una ventana a los orígenes de la materia oscura, también.
Eso es interesanteLa tasa de expansión del universo, conocida como la constante de Hubble en honor al astrónomo Edwin Hubble, ha variado en las décadas transcurridas desde que se ideó por primera vez. Se cree que la velocidad actual es de 73 kilómetros (45,3 millas) por segundo por megaparsec. Un megaparsec equivale aproximadamente a 3,3 millones de años luz.
