Los astrónomos han detectado una señal de las primeras estrellas cuando aparecieron e iluminaron el universo, en observaciones que han sido aclamadas como “revolucionarias”.

Las débiles señales de radio sugieren que el universo salió de la oscuridad total 180 millones de años después del Big Bang en una transición trascendental conocida como el amanecer cósmico.

La débil huella dejada por el resplandor de las primeras estrellas también parece contener evidencia nueva e inesperada sobre la existencia y la naturaleza de la materia oscura que, de ser confirmada por observatorios independientes, marcaría un segundo gran avance.

“Encontrar esta señal minúscula ha abierto una nueva ventana en el universo primitivo”, dijo Judd Bowman de la Universidad Estatal de Arizona, cuyo equipo se dispuso a hacer la detección hace más de una década. “Es poco probable que podamos ver algo antes en la historia de las estrellas en nuestra vida”.

Después del Big Bang, el universo existió inicialmente como una extensión fría y sin estrellas de hidrógeno gaseoso inundado de radiación, conocida como Fondo Cósmico de Microondas. Esta radiación aún impregna todo el espacio hoy en día y los astrónomos están comenzando a escudriñar este telón de fondo cósmico en busca de rastros de eventos que ocurrieron en el pasado remoto.

Amanecer cósmico: señal dejada por el ‘encendido’ de las primeras estrellas detectadas en el universo

Durante los siguientes 100 millones de años, un período conocido como la edad oscura, la gravedad atrajo regiones ligeramente más densas de gas en grupos y, finalmente, algunos colapsaron hacia adentro para formar las primeras estrellas, que eran enormes, azules y de corta duración. A medida que estas estrellas encendían el gas circundante, los átomos de hidrógeno se excitaron, lo que provocó que comenzaran a absorber la radiación del Fondo Cósmico de Microondas en una longitud de onda característica.

Esto llevó a los científicos a predecir que el amanecer cósmico debe haber dejado una huella en la radiación del Fondo Cósmico de Microondas en forma de una caída en el brillo en un punto específico del espectro que, en teoría, aún debería ser perceptible hoy.

Sin embargo, en la práctica, detectar esta señal ha resultado ser un gran desafío y ha eludido a los astrónomos durante más de una década. La depresión está inundada por otras fuentes de ondas de radio más locales. Y la expansión del universo significa que la señal se “desplaza hacia el rojo” lejos de su longitud de onda característica original en una cantidad que depende precisamente de cuándo se encendieron las primeras estrellas. Por lo tanto, los científicos tampoco estaban seguros de en qué parte del espectro deberían estar buscando, y algunos predijeron que la tarea resultaría imposible.

“El equipo tiene que captar ondas de radio y luego buscar una señal que represente alrededor del 0,01% del ruido de radio contaminante proveniente de nuestra propia galaxia”, dijo Andrew Pontzen, cosmólogo del University College London. “Es territorio de una aguja en un pajar”.

Sorprendentemente, Bowman y sus colegas parecen haber superado estas probabilidades utilizando un instrumento pequeño y de aspecto tosco del tamaño de una mesa pequeña. La antena Edges (Experiment to Detect Global EoR Signature) se encuentra en una región remota de Australia Occidental donde hay pocas fuentes humanas de ondas de radio para interferir con las señales entrantes del universo distante. La longitud de onda de la inmersión sugiere que el amanecer cósmico ocurrió unos 180 millones de años después del Big Bang, hace 13.600 millones de años y nueve mil millones de años antes del nacimiento del sol.

La señal también indicó un segundo hito 250 millones de años después del Big Bang, cuando las primeras estrellas murieron y los agujeros negros, las supernovas y otros objetos que dejaron atrás calentaron el hidrógeno libre restante con rayos X.

En un artículo publicado en la revista Nature, Bowman y sus colegas detallan los elaborados pasos experimentales que tomaron para demostrar que la señal era real: varios años de replicaciones, cambiando el ángulo de la antena y alterando la configuración.

La antena Edges, que consta de dos paneles metálicos rectangulares montados horizontalmente sobre patas de fibra de vidrio sobre una malla metálica. Se encuentra en una parte remota de Australia Occidental FOTÓGRAFO: Dragonfly Media/CSIRO Australia “Los telescopios no pueden ver lo suficientemente lejos para obtener imágenes directas de estrellas tan antiguas, pero hemos visto cuando se activaron en ondas de radio que llegan del espacio”, dijo Bowman. .

Emma Chapman, investigadora de la Royal Astronomical Society en el Imperial College London, describió el resultado como “un logro increíble, que constituye la primera detección de la era de las primeras estrellas”. La enorme importancia del resultado, agregó, significaba que necesitaba ser replicado por un experimento independiente.

La detección también contenía una gran sorpresa. El tamaño de la depresión fue el doble de lo previsto. Esto sugiere que el gas de hidrógeno primordial estaba absorbiendo más radiación de fondo de lo previsto y sugeriría que el universo era significativamente más frío de lo que se pensaba anteriormente, alrededor de -270C.

En un segundo artículo de Nature, Rennan Barkana, profesor de astrofísica en la Universidad de Tel Aviv, propone una explicación potencialmente innovadora: que el gas de hidrógeno estaba perdiendo calor en la materia oscura. Hasta ahora, la existencia de la materia oscura, la escurridiza sustancia que se cree que constituye el 85 % de la materia del universo, solo se ha inferido indirectamente a partir de sus efectos gravitatorios. De confirmarse, estos resultados sugerirían una nueva forma de interacción entre la materia normal y la materia oscura, mediada por una fuerza fundamental que hasta ahora ha sido completamente desconocida.

La teoría también sugeriría que las partículas de materia oscura, cuyas propiedades siguen siendo completamente misteriosas, deben ser ligeras en lugar de pesadas, lo que descartaría uno de los principales candidatos hipotéticos para la materia oscura, conocido como partículas masivas de interacción débil, o débiles.

Lincoln Greenhill, astrónomo senior de la Universidad de Harvard, dijo que si se confirman las observaciones de la materia oscura, podrían ser revolucionarias. “Sabemos tan poco al respecto que hay muchas teorías sobre qué es la materia oscura”, dijo. “Muchos pueden ser eliminados en breve de la carrera”.

Este artículo fue enmendado el 28 de febrero para aclarar la forma en que se expresaba la nueva evidencia sobre la temperatura del universo.