Científicos israelíes descubren las primeras estrellas del universo
Solo 200 millones de años después de que el Big Bang
creara el universo, las primeras galaxias eran relativamente pequeñas y tenues
-más débiles que las galaxias actuales- y probablemente solo procesaban un 5% o
menos de su gas en estrellas. Estas primeras galaxias tampoco emitían ondas de
radio con una intensidad muy superior a la de las galaxias modernas.
Este descubrimiento fue realizado por un equipo
internacional dirigido por la doctora Anastasia Fialkov, de la Universidad de
Cambridge (Inglaterra), y en el que participó el profesor Rennan Barkana, de la
Escuela Sackler de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv (TAU).
Fialkov fue alumno de Barkana en la TAU.
El equipo de astrofísicos consiguió por primera vez
caracterizar estadísticamente las primeras galaxias del universo. Los
resultados de este innovador estudio acaban de publicarse en la prestigiosa
revista Nature Astronomy bajo el título “Astrophysical constraints from the
SARAS 3 non-detection of the cosmic dawn sky-averaged 21-cm signal”.
“Se trata de un campo muy novedoso y de un estudio
inédito”, dijo Barkana. “Estamos tratando de comprender la época de las
primeras estrellas en el universo, conocida como el ‘amanecer cósmico’, unos
200 millones de años después del Big Bang”. El telescopio espacial James Webb,
por ejemplo, no puede ver realmente estas estrellas. Puede que solo detecte
algunas galaxias especialmente brillantes de un periodo algo posterior. Nuestro
objetivo es sondear toda la población de las primeras estrellas”.
Según la imagen estándar, antes de que las estrellas
comenzaran a fusionar elementos más pesados dentro de sus núcleos, nuestro
universo no era más que una nube de átomos de hidrógeno del Big Bang, aparte de
algo de helio y mucha materia oscura. Hoy en día, el universo también está
lleno de hidrógeno, pero en el universo moderno, está mayormente ionizado
debido a la radiación de las estrellas.
“Los átomos de hidrógeno emiten naturalmente luz a
una longitud de onda de 21 cm, que entra en el espectro de las ondas de radio”,
añade Barkana. “Como la radiación estelar afecta a la luz emitida por los
átomos de hidrógeno, utilizamos el hidrógeno como detector en nuestra búsqueda
de las primeras estrellas. Si podemos detectar el efecto de las estrellas sobre
el hidrógeno, sabremos cuándo nacieron y en qué tipo de galaxias. Fui uno de
los primeros teóricos en desarrollar este concepto hace 20 años, y ahora los
observadores son capaces de aplicarlo en experimentos reales. Equipos de
experimentadores de todo el mundo intentan actualmente descubrir la señal de 21
cm. del hidrógeno en el universo primitivo”.
Uno de estos equipos es EDGES (el Experimento para
Detectar la Firma Global de EoR), que utiliza una antena de radio bastante
pequeña que mide la intensidad media en todo el cielo de las ondas de radio que
llegan desde diferentes períodos del amanecer cósmico. En 2018, el equipo de
EDGES anunció que había encontrado la señal de 21 centímetros del hidrógeno
antiguo.
“Sin embargo,
había un problema con sus hallazgos”, recordó Barkana. “No podíamos estar
seguros de que la señal medida procediera efectivamente del hidrógeno del
universo primitivo. Podía ser una señal falsa producida por la conductividad
eléctrica del suelo bajo la antena. Por lo tanto, todos esperábamos una
medición independiente que confirmara o refutara estos resultados”. El año
pasado, unos astrónomos de la India llevaron a cabo un experimento denominado
“Medición del Espectro Radioeléctrico de Fondo con una Antena Conformada”
[SARAS], en el que se hizo flotar la antena sobre un lago, una superficie
uniforme de agua que no podía imitar la señal deseada. Según los resultados del
nuevo experimento, había un 95% de probabilidades de que EDGES no detectara de
hecho una señal real del universo primitivo”.
SARAS encontró un límite superior para la señal
genuina, continuó, “lo que implica que la señal del hidrógeno primitivo es
probablemente significativamente más débil que la medida por EDGES. Hemos
modelado el resultado de SARAS y hemos calculado las implicaciones para las
primeras galaxias, es decir, cuáles eran sus propiedades dado el límite
superior determinado por SARAS. Ahora
podemos decir, por primera vez, que ciertos tipos de galaxias no podían existir
en esa época.
“Las galaxias modernas, como nuestra Vía Láctea,
emiten grandes cantidades de ondas de radio”, concluyó Barkana. “En nuestro
estudio, pusimos un límite superior a la tasa de formación estelar en las
galaxias antiguas y a su emisión de radio en general. Y esto es solo el
principio. Cada año, los experimentos son más fiables y precisos y, por
consiguiente, esperamos encontrar límites superiores más fuertes, que nos
proporcionen restricciones aún mejores sobre el amanecer cósmico. Esperamos que
en un futuro próximo no solo tengamos límites, sino una medición precisa y
fiable de la propia señal”.
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