Los astrónomos se están acercando a encontrar la primera luz y las estrellas del universo

En esta imagen de la época de la reionización, el hidrógeno neutro, en rojo, es ionizado gradualmente por las primeras estrellas, que se muestran en blanco. La imagen fue realizada por el programa de Observación de Galaxy y Reionización de la Edad Media de la Universidad de Melbourne a partir de simulaciones numéricas (DRAGONS). Crédito: Paul Geil y Simon Mutch.

Los investigadores buscan una señal de 12 mil millones de años que marca el final de la "era oscura" posterior al Big Bang. 

Los astrónomos se están acercando a una señal que ha estado viajando a través del Universo durante 12 mil millones de años, acercándolos a comprender la vida y la muerte de las primeras estrellas. 

En un artículo en el sitio de preimpresión arXiv y que pronto se publicará en el Astrophysical Journal, un equipo dirigido por el Dr. Nichole Barry de la Universidad de Melbourne de Australia y el Centro de Excelencia ARC para All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) informa una mejora de 10 veces en los datos recopilados por Murchison Widefield Array (MWA): una colección de 4096 antenas dipolo ubicadas en el remoto interior de Australia Occidental. 

Dr. Nichole Barry en The Murchison Widefield Array (MWA). Crédito: Ruby Byrne.

El MWA, que comenzó a funcionar en 2013, fue construido específicamente para detectar la radiación electromagnética emitida por hidrógeno neutro, un gas que comprendía la mayor parte del universo infantil en el período en que la sopa de protones y neutrones desconectados generados por el Big Bang comenzó a enfriarse. 

Finalmente, estos átomos de hidrógeno comenzaron a agruparse para formar estrellas, las primeras en existir, iniciando una fase importante en la evolución del Universo, conocida como la Época de Reionización, o EoR. 

"Definir la evolución de la EoR es extremadamente importante para nuestra comprensión de la astrofísica y la cosmología", explica el Dr. Barry. 

"Hasta ahora, sin embargo, nadie ha podido observarlo. Estos resultados nos acercan mucho más a ese objetivo". 

En esta simulación de la Época de reionización, el hidrógeno neutro, en rojo, es ionizado gradualmente por las primeras estrellas, que se muestran en blanco. El video fue realizado por el programa Reionización de galaxias y observables de galaxias de la Universidad de Melbourne a partir del programa Numerical Simulations (DRAGONS). Crédito: Paul Geil y Simon Mutch.

El hidrógeno neutro que dominaba el espacio y el tiempo antes y en el período inicial de la EoR irradiaba a una longitud de onda de aproximadamente 21 centímetros. Estirada ahora a algún lugar por encima de dos metros debido a la expansión del Universo, la señal persiste, y detectarla sigue siendo la mejor forma teórica de explorar las condiciones en los primeros días del Cosmos. 

Sin embargo, hacerlo es endiabladamente difícil. 

"La señal que estamos buscando tiene más de 12 mil millones de años", explica el miembro y coautor de ASTRO 3D, profesor asociado Cathryn Trott, del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía en la Universidad de Curtin en Australia Occidental. 

"Es excepcionalmente débil y hay muchas otras galaxias entre él y nosotros. Se interponen y dificultan la extracción de la información que buscamos". 

Dicho de otra forma, las señales grabadas por el MWA, y otros dispositivos de búsqueda de EoR, como la Matriz de Reionización de la Epoca de Hidrógeno en Sudáfrica y la Matriz de Baja Frecuencia en los Países Bajos, son extremadamente desordenadas. 

Utilizando 21 horas de datos sin procesar, el Dr. Barry, coautor principal Mike Wilensky, de la Universidad de Washington en los EE. UU., Y sus colegas exploraron nuevas técnicas para refinar el análisis y excluir fuentes consistentes de contaminación de la señal, incluida la interferencia ultra débil generada por las transmisiones de radio en la tierra. 

El resultado fue un nivel de precisión que redujo significativamente el rango en el que la EoR pudo haber comenzado, introduciendo restricciones en casi un orden de magnitud. 

"Realmente no podemos decir que este documento nos acerca más a fechar con precisión el inicio o el final de la EoR, pero descarta algunos de los modelos más extremos", dice el profesor Trott. 

"Que sucedió muy rápidamente ahora se descarta. Que las condiciones eran muy frías ahora también se descarta". 

El Dr. Barry dijo que los resultados representaron no solo un paso adelante en la búsqueda global para explorar el Universo infantil, sino que también establecieron un marco para futuras investigaciones. 

"Tenemos alrededor de 3000 horas de datos de MWA", explica, "y para nuestros propósitos, algunos de ellos son más útiles que otros. Este enfoque nos permitirá identificar qué bits son más prometedores y analizarlos mejor de lo que podríamos antes". 

Fuente: Centro de excelencia de Arc para All Sky Astrophysics en 3d, Astro 3d,